Innhold
Tre måter å finne protonmasse inkluderer beregning fra teori, fra atommolemasse, og ladning / masse-sammenligning med elektroner. Å bruke teori for å finne hva protonmasse “skal være” er realistisk bare for eksperter på området. Lading / masse og molar masseberegning kan gjøres på grunn- og ungdomsskolenivå.
Utled protonmasse fra kvante- og relativitetsteorier. Protoner har indre struktur — tre partikler (kvarker) som holdes sammen av attraktive krefter (gluoner). Naive antagelser vil gi hver kvark 1/3 protonmasse. Omtrent 95 til 98 prosent av protonmassen er ikke bidratt med kvarkmasse. I virkeligheten er mest protonmasse avledet fra samhandlingsenergi mellom kvarkene. Husk "E = mc ^ 2" i tilfelle det er forvirring rundt uttrykket "masse er avledet fra energi."
Beregn kunnskapsmolar hydrogenmasse. En mol tilsvarer 6.022e23, akkurat som et dusin tilsvarer 12 eller ett par tilsvarer to. Vi kan ta det som en gitt at en mol hydrogenatomer (ikke “H2” -molekyler) veier 1,0079 g. Hvert hydrogenatom inneholder ett proton, så en mol protoner veier 1,0079 g. Siden hver føflekk tilsvarer 6.022e23 enheter, vet vi at 6.022e23-protoner veier 1.0079 gram. Fordeling av 1.0079 g etter molnummer (1.0079 / 6.022e23) gir protonmasse: 1,6737e-24 g.
Merk at hydrogenatomer har et elektron for å balansere protonladningen. Protoner uten elektroner, enten som oppløst i løsning eller som plasma, er veldig forskjellige fra hydrogenatomer. Siden beregningen ikke stopper der, kan vi ignorere den fysiske absurditeten i å late som om elektroner ikke eksisterer.
Husk at beregningsmetoden "molar mass" kan gjøres med ethvert element. Tre feilkilder kryper imidlertid opp. For det første er protoner i hydrogenatomer ikke bundet. I andre elementer er protoner bundet til nøytroner. Protoner bundet i en kjerne har mindre energi - derfor litt mindre masse - enn isolerte protoner. For det andre begynner elektronnummeret, og feilen hvis du ignorerer dem, å legge seg opp. Regnskap for elektroner gjør hele anstrengelsen mer komplisert. Til slutt er tyngre elementer radioaktive. Vurder forfallsveier, isotoptilstedeværelse, halveringstid osv. Igjen er beregningen fortsatt mulig, men den blir vanskeligere enn den trenger å være.
Bruk ladnings- / masseforhold. Denne metoden måler partikkelskurvatur når den kommer inn i kalibrerte elektriske og magnetiske felt. Krumningsstørrelse skulle indikere protonmasse sammenlignet med elektronmasse. Den eksperimentelle ideen ligner på å påvirke bevegelsen til en rullekule. En konstant mekanisk kraft vil i liten grad avlede en tung vannmelon (proton) fra rettlinjebevegelse. Den samme kraften vil avlede en lett golfball (elektron) mye mer.