Единицы физических величин и их размерности - Сена Л.А.
Скачать (прямая ссылка):
Для измерения эффективных поперечных сечений пользуются разными единицами. В ядерной физике соответствующей единицей является барн: 10~28 м2 или Ю-24 см2. В физике атомных столкновений применяются см2, реже м2 и единицы al и па\ (где а0 — радиус первой боровской орбиты):
00 = 0,2800- 10~16 см2,
ла2, = 0,8797- 10"'6 см2.
Иногда в научной литературе пользуются приведенным эффективным сечением, которое представляет собой сумму соответствующих эффективных сечений всех атомов или молекул, заключенных в 1 см3 при 0° С и 1 мм рт. ст. Так как при таких условиях число молекул в 1 см3 равно 3,54- 1016, то приведенное эффективное сечение мы получим, умножив на это число эффективное сечение, измеренное в CM2I{см3-мм рт. ст.). Обозначают обычно единицу приведенного эффективного сечения CM2IcM3 • мм рт. ст.
238
некоторые единицы атомной физики [гл. 9
§ 9.4. Единицы энергии атомной физики
Электрон-вольт. Если электрон пробегает разность потенциалов, не претерпевая на пути никаких потерь энергии, то он приобретает кинетическую энергию
= eU (9.22)
(полагая Vo = 0).
При пробеге 1 в энергия будет равна
1 эв= 1,60207- 10~19к-1 в= 1,60207- Ю-19 дж=
= 1,60207-10~12 эрг. (9.23)
Очень часто удобно измерять этой энергией, как единицей, энергию не только электрона, но и других частиц или энергетических уровней в атомах и молекулах. Эта единица энергии называется электрон-вольт и обозначается эв (eV). Часто пользуются единицами энергии в 103, 106, 109 раз большими — кэв, Мэв, Бэв.
Скорость, которую приобретает электрон, пробежав разность потенциалов U вольт, также может быть определена из формулы (9.22)
t, = j/= 5,932 • 105 YJJ м/сек = 5,932 • 107 YVсм/сек.
(9.24)
Таким образом, скорость электрона однозначно определяется той разностью потенциалов, которую он пробегает. Поэтому часто говорят «электрон обладает скоростью U вольт», подразумевая под этим, что он обладает такой скоростью, которую приобрел бы, пробежав разность потенциалов в U вольт. Для перевода скорости электрона в вольтах в скорость, выраженную в см/сек, служит формула (9.24).
Связь между электрон-вольтом и градусом Кельвина. Если газ находится при температуре Т, то средняя кинетическая энергия поступательного движения его молекул равна
^~ = \kT. (9.25)
§9.4]
единицы энергии атомной физики
239
Если бы с каждой молекулой был связан элементарный заряд, то свою энергию молекулы могли бы приобрести, пробежав разность потенциалов U, определяемую соотношением
\kT = eU. (9.26)
Если U = 1 в, то соответствующая температура
Тм = U-^ = 2-1.602-10^ = 77330
З-k 3- 1,380- 10 23 У '
Во многие уравнения статистической физики, термодинамики, спектроскопии и другие входит экспоненциальный множитель
ewfkT,
где W — энергия перехода из одного состояния в другое. Измеряя эту энергию в электрон-вольтах, удобно представить в электрон-вольтах и знаменатель, который будет равен одному электрон-вольту, если
T ~ 11600°К.
Связь между электрон-вольтом и калорией на моль. Если все молекулы, содержащиеся в одном моле, приобретают энергию в 1 эв каждая, то общая энергия всех молекул увеличится на
1 эв . л/Л= 1,602 ¦ 1O-19•6,023•1O23 дж=23053 кал. (9.28)
Связь между энергией, измеряемой в электрон-вольтах, и длиной световой волны. Каждая спектральная линия характеризуется определенной длиной волны или частотой, а следовательно, определенным квантом энергии
hv = ~. (9.29)
Поэтому можно установить связь между измеренной в ангстремах длиной волны данной спектральной линии и соответствующей ей энергией, измеренной в электрон-вольтах. Это тем более имеет смысл, что часто возбуждение атома на более высокий энергетический уровень, при переходе с которого в нормальное состояние он излучает квант энергии, производится электронным ударом.
240 некоторые единицы атомной физики [гл. 9
Из соотношения
(9.30)
можно легко получить
W = (12 395 ± 2)Ae.
(9.30а)
Связь между скоростью электрона, измеренной в электрон-вольтах, и длиной его дебройлевской волны. С электроном, летящим со скоростью V, связана длина волны
Выражая скорость электрона в электрон-вольтах (см. (9.24)) и подставляя соответствующие значения для Ii и т, получим
Здесь U измеряется в вольтах, а "к — в ангстремах. Удобно пользоваться приближенным выражением
из которого видно, что электрон с энергией 150 эв имеет дебройлевскую волну длиной 1 А.
Связь между массой и энергией. Согласно теории относительности масса и энергия связаны соотношением
Как известно, по измерению разницы между массой того или иного атомного ядра и суммой масс образующих его протонов и нейтронов можно вычислить энергию связи нуклонов в ядре. Ниже мы приводим наиболее употребительные приближенные соотношения между единицами массы и энергии.
Для макроскопических тел *)
Я ~ V 150/(7,
(9.316)
W = тс2.
(9.32)
1 кД9. 10!6 дж, 1 г Л 9 • 1020 эрг.
*) А — знак соответствия.
единицы энергии атомной физики
241
Энергия, соответствующая одной атомной единице массы, равна
Ie Л 1,493 • Ю-10 дж = 931,7 Мэв. (9.33)
Для элементарных частиц
