Частица

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Дуговые сварщики защищают себя от сварочных искр, которые представляют собой нагретые металлические частицы, которые вылетают с поверхности металла.

В физических науках частица (или корпускула в старых текстах) представляет собой небольшой локализованный объект, которому можно приписать несколько физических или химических свойств, таких как объем, плотность или масса. [1] Они сильно различаются по размеру или значению, от субатомных частиц, таких как электрон, до микроскопических частиц, таких как атомы и молекулы, до макроскопических частиц, таких как порошки и другие гранулированные материалы. Частицы можно также использовать для создания научных моделей даже более крупных объектов в зависимости от их плотности, таких как люди, движущиеся в толпе или небесные тела в движении .

Термин «частица» имеет довольно общий смысл и уточняется по мере необходимости в различных научных областях. Все, что состоит из частиц, может называться частицей. Тем не менее, существительное «частицы» чаще всего используется для обозначения загрязнителей в атмосфере Земли, которые представляют собой суспензию не связанных частиц, а не агрегацию связанных частиц.

Концептуальные свойства[править | править код]

Частицы часто представлены в виде точек. Этот рисунок показывает движение атомов в газе, людей в толпе или звезд на ночном небе.

Концепция частиц особенно полезна при моделировании природы, так как полная обработка многих явлений может быть сложной из-за сложности вычислений. [2] Её используют для упрощения предположений, касающихся вовлеченных процессов. Фрэнсис Сирс и Марк Земанский из Университета физики приводят пример расчета места падения и скорости брошенного в воздух бейсбольного мяча. Они постепенно лишают бейсбольный мяч большинства его свойств, сначала идеализируя его как жесткую гладкую сферу, затем пренебрегая вращением, плавучестью и трением, что в конечном итоге сводит проблему к баллистике классической точечной частицы. [3] Обработка большого количества частиц является областью статистической физики. [4]

Размер[править | править код]

Галактики настолько велики, что звезды можно считать частицами относительно них

Термин «частица» обычно применяется по-разному к трем классам размеров. Термин макроскопическая частица, как правило, относится к частицам, намного большим, чем атомы и молекулы. Они обычно абстрагируются как точечные частицы, даже если они имеют объем, форму, структуры и т. д. Примерами макроскопических частиц могут быть порошок, пыль, песок, осколки во время автомобильной аварии или даже такие большие объекты, как звезды галактики . [5] [6]

Другой тип микроскопических частиц обычно относится к частицам размером от атомов до молекул, таким как диоксид углерода, наночастицы и коллоидные частицы. Эти частицы изучаются в химии, а также в атомной и молекулярной физике. Самые маленькие частицы - это субатомные частицы, которые относятся к частицам, меньшим, чем атомы. [7] К ним относятся такие частицы, как составные части атомов - протоны, нейтроны и электроны, а также другие типы частиц, которые могут быть получены только в ускорителях частиц или космических лучах. Эти частицы изучаются в физике элементарных частиц.

Из-за их чрезвычайно малого размера исследования микроскопических и субатомных частиц попадают в сферу квантовой механики. Они будут демонстрировать явления, которые показывают модельные частицы в ящике, [8] [9] включая дуальность волны-частицы, [10] [11] и можно ли считать частицы отличными или идентичными [12] [13] является важным вопросом во многих ситуациях.

Состав[править | править код]

Протон состоит из трех кварков.

Частицы также могут быть классифицированы по составу. Составные частицы относятся к частицам, которые имеют состав - то есть частицы, которые сделаны из других частиц. [14] Например, атом углерода-14 состоит из шести протонов, восьми нейтронов и шести электронов. Напротив, элементарные частицы (также называемые фундаментальными частицами) относятся к частицам, которые не состоят из других частиц. [15] Согласно нашему современному пониманию мира, существует очень небольшое их количество, такие как лептоны, кварки и глюоны. Однако возможно, что некоторые из них все-таки окажутся составными частицами и на данный момент просто кажутся элементарными. Хотя составные частицы очень часто можно считать точечными, элементарные частицы действительно имеютнулевой размер.

Стабильность[править | править код]

Как элементарные (такие как мюоны), так и составные частицы (такие как ядра урана), как известно, подвергаются распаду частиц . Это те частицы, которые не называются стабильными частицами, такими как электрон или ядро гелия-4. Время жизни стабильных частиц может быть бесконечным или достаточно большим, чтобы препятствовать попыткам наблюдать такие распады. В последнем случае эти частицы называются «наблюдательно устойчивыми». В общем, частица распадается из состояния с высокой энергией в состояние с более низкой энергией, испуская какую-либо форму излучения, например, в виде фотонов.

N-частичное моделирование[править | править код]

В вычислительной физике, N-частичным моделированием называется моделирование динамических систем частиц под действием определенных условий, таких как сила тяжести. [16] Это моделирование очень распространено в космологии и вычислительной гидродинамике.

N - это число рассматриваемых частиц. Поскольку моделирование с более высоким N требует больших вычислительных затрат, системы с большим количеством реальных частиц часто сводятся к системам с меньшим числом частиц, и алгоритмы моделирования необходимо оптимизировать с помощью различных методов. [16]

Распределение частиц[править | править код]

Коллоидные частицы - компоненты коллоида. Коллоид - это вещество, распределенное равномерно по всему объёму другого вещества. [17] Такая коллоидная система может быть твердой, жидкой или газообразной; а также непрерывной или рассеянной. Частицы дисперсной фазы имеют диаметр приблизительно от 5 до 200 нанометров. [18] Растворимые частицы меньше этого размера будут образовывать раствор, а не коллоид. Коллоидные системы (также называемые коллоидными растворами или коллоидными суспензиями) являются предметом коллоидных наук. Взвешенные твердые вещества могут удерживаться в жидкости, тогда как твердые или жидкие частицы, взвешенные в газе, вместе образуют аэрозоль. Частицы также могут быть взвешены в форме твердых частиц в атмосфере, которые могут представлять собой загрязнение воздуха. Более крупные частицы могут аналогичным образом образовывать морской мусор или космический мусор. Конгломерацию дискретных твердых макроскопических частиц можно описать как сыпучий материал.

Рекомендации[править | править код]

  1. Particle. AMS Glossary. American Meteorological Society. Дата обращения 12 апреля 2015.
  2. Equilibrium of a Particle // University Physics. — 3rd. — Addison-Wesley, 1964. — P. 26–27.
  3. Equilibrium of a Particle // University Physics. — 3rd. — Addison-Wesley, 1964.
  4. Statistical Description of Systems of Particles // Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. — McGraw-Hill, 1965. — P. 47ff.
  5. J. Dubinski. Galaxy Dynamics and Cosmology on Mckenzie. Canadian Institute for Theoretical Astrophysics. Дата обращения 24 февраля 2011.
  6. G. Coppola. Sérsic galaxy with Sérsic halo models of early-type galaxies: A tool for N-body simulations (англ.) // Publications of the Astronomical Society of the Pacific (англ.) : journal. — 2009. — Vol. 121, no. 879. — DOI:10.1086/599288. — Bibcode2009PASP..121..437C. — arXiv:0903.4758.
  7. Subatomic particle. YourDictionary.com. Дата обращения 8 февраля 2010. Архивировано 5 марта 2011 года.
  8. Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, Ions, Compounds and Particles.
  9. Fundamentals of Statistical and Thermal Physics.
  10. Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles..
  11. Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles.
  12. Fundamentals of Statistical and Thermal Dynamics.
  13. Fundamentals of Statistical and Thermal Dynamics.
  14. Composite particle. YourDictionary.com. Дата обращения 8 февраля 2010. Архивировано 15 ноября 2010 года.
  15. Elementary particle. YourDictionary.com. Дата обращения 8 февраля 2010. Архивировано 14 октября 2010 года.
  16. 1 2 A. Graps. N-Body / Particle Simulation Methods (20 марта 2000). Дата обращения 18 апреля 2019.
  17. Colloid. Encyclopædia Britannica (1 июля 2014). Дата обращения 12 апреля 2015.
  18. Physical Chemistry. — 5th. — McGraw-Hill, 2001.

дальнейшее чтение[править | править код]