Частица - Particle

Сварщикам необходимо защитить себя от сварочных искр , которые представляют собой нагретые частицы металла, отлетающие от поверхности сварки.

В физических наук , A частиц (или корпускула в старых текстах) представляет собой небольшой локализованы объект , к которому может быть приписано несколько физических или химических свойств , таких как объем , плотность , или массы . Они сильно различаются по размеру или количеству, 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 также могут быть использованы для создания научных моделей из более крупных объектов в зависимости от их плотности, например, людей , двигающихся в толпе или небесных телах в движении .

Термин частица имеет довольно общее значение и уточняется по мере необходимости в различных областях науки. Все, что состоит из частиц, может называться частицами. Однако существительное « частицы» чаще всего используется для обозначения загрязнителей в атмосфере Земли , которые представляют собой суспензию несвязанных частиц, а не агрегацию связанных частиц .

Концептуальные свойства

Частицы часто представляют в виде точек . Эта фигура может представлять движение атомов в газе , людей в толпе или звезд в ночном небе .

Концепция частиц особенно полезна при моделировании природы , поскольку полное рассмотрение многих явлений может быть сложным, а также включать сложные вычисления. Его можно использовать для упрощения предположений о задействованных процессах. Фрэнсис Сирс и Марк Земанский из Университета физики приводят пример расчета места приземления и скорости бейсбольного мяча , брошенного в воздух. Они постепенно лишить бейсбол большинства ее свойств, сначала идеализируя его в качестве жесткой гладкой сферы , то пренебрегая вращения , плавучесть и трение , в конечном счете , сводя задачу к баллистикам одного классической точечной частицы . Обработка большого числа частиц - это область статистической физики .

Размер

Галактики настолько велики, что звезды можно рассматривать как частицы относительно них

Термин «частица» обычно применяется по-разному к трем классам размеров. Термин макроскопическая частица обычно относится к частицам, намного большим, чем атомы и молекулы . Они обычно абстрагируются как точечные частицы , даже если они имеют объем, форму, структуру и т. Д. Примеры макроскопических частиц включают порошок , пыль , песок , обломки во время автомобильной аварии или даже объекты размером со звезды. из галактики .

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 из частиц - это субатомные частицы , которые относятся к частицам, меньшим, чем атомы. Сюда входят такие частицы, как составные части атомов - протоны , нейтроны и электроны, - а также другие типы частиц, которые могут быть произведены только в ускорителях частиц или в космических лучах . Эти частицы изучаются в физике элементарных частиц .

Из-за их чрезвычайно малого размера изучение микроскопических и субатомных частиц относится к сфере квантовой механики . Они будут демонстрировать явления, продемонстрированные в частице в модели ящика , включая дуальность волна-частица , и можно ли рассматривать частицы как отдельные или идентичные - важный вопрос во многих ситуациях.

Состав

Протон состоит из трех кварков .

Частицы также можно классифицировать по составу. Композитные частицы относятся к частицам, имеющим состав, то есть частицам, состоящим из других частиц. Например, атом углерода-14 состоит из шести протонов, восьми нейтронов и шести электронов. Напротив, элементарные частицы (также называемые элементарными частицами ) относятся к частицам, которые не состоят из других частиц. Согласно нашему нынешнему пониманию мира , существует лишь очень небольшое их количество, например лептоны , кварки и глюоны . Однако возможно, что некоторые из них все же могут оказаться составными частицами и на данный момент просто кажутся элементарными. Хотя составные частицы очень часто можно считать точечными , элементарные частицы действительно точечны .

Состояние этого

Известно , что как элементарные (например, мюоны ), так и составные частицы (например, ядра урана ) распадаются частицы . Те, которые этого не делают, называются стабильными частицами, такими как электрон или ядро гелия-4 . Время жизни стабильных частиц может быть как бесконечным, так и достаточно большим, чтобы препятствовать попыткам наблюдать такие распады. В последнем случае эти частицы называются « стабильными в наблюдениях ». В общем, частица распадается из состояния с высокой энергией в состояние с более низкой энергией, испуская какую-либо форму излучения , например, испускание фотонов .

Моделирование N- тела

В вычислительной физике , N -Бодите моделирование (также называемый N -частичного моделирования) является моделированием динамических систем частиц под действием определенных условий, такие как подвергаясь тяжесть . Эти симуляции очень распространены в космологии и вычислительной гидродинамике .

N означает количество рассматриваемых частиц . Поскольку моделирование с более высоким N требует больших вычислительных ресурсов , системы с большим количеством реальных частиц часто будут аппроксимированы меньшим числом частиц, и алгоритмы моделирования необходимо оптимизировать с помощью различных методов .

Распределение частиц

Примеры стабильной и нестабильной коллоидной дисперсии.

Коллоидные частицы - это компоненты коллоида. Коллоид - это вещество, равномерно распределенное в другом веществе под микроскопом. Такая коллоидная система может быть твердой , жидкой или газообразной ; а также сплошные или рассредоточенные. Частицы дисперсной фазы имеют диаметр примерно от 5 до 200 нанометров . Растворимые частицы меньшего размера образуют раствор, а не коллоид. Коллоидные системы (также называемые коллоидными растворами или коллоидными суспензиями) являются предметом науки о границах раздела и коллоидной науки . Взвешенные твердые частицы могут удерживаться в жидкости, тогда как твердые или жидкие частицы, взвешенные в газе, вместе образуют аэрозоль . Частицы также могут находиться во взвешенном состоянии в виде атмосферных твердых частиц , которые могут представлять собой загрязнение воздуха . Более крупные частицы аналогичным образом могут образовывать морской мусор или космический мусор . Конгломерат дискретных твердых макроскопических частиц можно описать как гранулированный материал .

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение