Částice

Ve fyzikálních vědách je částice (nebo ve starších textech tělíska ) malá , lokalizovaná entita, které lze přiřadit několik fyzikálních nebo chemických vlastností , jako je objem , hustota nebo hmotnost . [1] Liší se velmi velikostí nebo důležitostí, od subatomárních částic , jako je elektron , přes mikroskopické částice, jako jsou atomy a molekuly , až po makroskopické částice , jako jsou prášky a jiné zrnité materiály . Částice mohou být také použity k vytvoření vědeckých modelů ještě větších objektů na základě jejich hustoty, jako jsou lidé pohybující se v davu nebo nebeská tělesa v pohybu .

Pojem "částice" má poměrně obecný význam a je zpřesňován podle potřeby v různých vědeckých oborech. Cokoli, co se skládá z částic, lze nazvat částicí. Podstatné jméno „částice“ se však nejčastěji používá k označení znečišťujících látek v zemské atmosféře , které jsou spíše suspenzí nevázaných částic než agregací vázaných částic.

Koncepční vlastnosti

Koncept částic je zvláště užitečný při modelování přírody , protože úplné zpracování mnoha jevů může být obtížné kvůli výpočetní složitosti. [2] Používá se ke zjednodušení předpokladů o příslušných procesech. Francis Sears a Mark Zemansky z University of Physics uvádějí příklad výpočtu bodu dopadu a rychlosti baseballového míče vyhozeného do vzduchu . Postupně zbavují baseball většinu jeho vlastností, nejprve jej idealizují jako tvrdou, hladkou kouli , pak zanedbávají rotaci , vztlak a tření , čímž nakonec problém redukují na klasickou bodovou částicovou balistiku . [3] Manipulace s velkým množstvím částic je oblastí statistické fyziky . [čtyři]

Velikost

Termín "částice" se obvykle používá odlišně pro tři třídy velikostí. Termín makroskopická částice obecně označuje částice mnohem větší než atomy a molekuly . Obvykle jsou abstrahovány jako bodové částice , i když mají objem, tvar, strukturu atd. Příkladem makroskopických částic může být prášek, prach , písek , trosky z autonehody nebo dokonce objekty velké jako hvězdy galaxie . [5] [6]

Jiný typ mikroskopických částic obecně označuje částice o velikosti od atomů po molekuly , jako je oxid uhličitý , nanočástice a koloidní částice . Tyto částice jsou studovány v chemii a v atomové a molekulární fyzice . Nejmenší částice jsou subatomární částice , což znamená částice menší než atomy. [7] Patří sem částice, jako jsou složky atomů – protony , neutrony a elektrony – a další typy částic, které lze vyrobit pouze v urychlovačích částic nebo kosmickém záření . Tyto částice jsou studovány v částicové fyzice .

Vzhledem k jejich extrémně malé velikosti spadá výzkum mikroskopických a subatomárních částic do oblasti kvantové mechaniky . Budou vykazovat jevy, které ukazují modelové částice v krabici , [8] [9] včetně vlnově-částicové duality , [10] [11] a zda lze částice považovat za různé nebo identické [12] [13] je důležitou otázkou v mnoho situací.

Složení

Částice mohou být také klasifikovány podle složení. Kompozitní částice označují částice, které mají složení – tedy částice, které jsou vyrobeny z jiných částic. [14] Například uhlík-14 se skládá ze šesti protonů, osmi neutronů a šesti elektronů. Naproti tomu elementární částice (také nazývané fundamentální částice ) označují částice, které nejsou složeny z jiných částic. [15] Podle našeho současného chápání světa je jich velmi málo, jako jsou leptony , kvarky a gluony . Je však možné, že některé z nich se přesto ukážou jako složené částice a v tuto chvíli se zdají být elementární. Ačkoli složené částice lze velmi často považovat za bodové částice, elementární částice skutečně mají nulovou velikost .

Stabilita

Je známo, že jak elementární (jako jsou miony ), tak složené částice (jako jsou jádra uranu ) podléhají rozpadu částic. Jsou to částice, které se neoznačují jako stabilní částice, jako je elektron nebo jádro helia-4 . Životnost stabilních částic může být nekonečná nebo dostatečně dlouhá na to, aby odrazovala od pokusů o pozorování takových rozpadů. V druhém případě se tyto částice nazývají „observačně stabilní“. Obecně platí, že částice se rozpadá ze stavu s vysokou energií do stavu s nižší energií vyzařováním nějaké formy záření , například ve formě fotonů .

Simulace N-částic

Ve výpočetní fyzice se N-částicovou simulací rozumí simulace dynamických systémů částic za určitých podmínek, jako je gravitace [16] . Tato simulace je velmi běžná v kosmologii a výpočetní dynamice tekutin .

N je počet uvažovaných částic. Protože simulace s vyšším N jsou výpočetně nákladné, systémy s více reálnými částicemi jsou často redukovány na systémy s méně částicemi a simulační algoritmy je třeba optimalizovat pomocí různých metod [16] .

Distribuce částic

Koloidní částice jsou součástí koloidu. Koloid je látka rozložená rovnoměrně v objemu jiné látky. [17] Takový koloidní systém může být pevný , kapalný nebo plynný ; stejně jako souvislé nebo rozptýlené. Částice dispergované fáze mají průměr přibližně 5 až 200 nanometrů . [18] Rozpustné částice menší než tato velikost vytvoří spíše roztok než koloid. Koloidní systémy (také nazývané koloidní roztoky nebo koloidní suspenze) jsou předmětem koloidních věd . Suspendované pevné látky mohou být drženy v kapalině, zatímco pevné nebo kapalné částice suspendované v plynu společně tvoří aerosol . Částice mohou být také suspendovány ve formě pevných částic v atmosféře, což může představovat znečištění ovzduší . Větší částice mohou podobně tvořit mořský nebo vesmírný odpad . Konglomerát diskrétních pevných makroskopických částic lze popsat jako sypký materiál .

Doporučení

  1. ↑ Částice . Slovník A.M.S. Americká meteorologická společnost . Datum přístupu: 12. dubna 2015.
  2. ↑ Rovnováha částice // Univerzitní fyzika  (neurčeno) . — 3. - Addison-Wesley , 1964. - S. 26-27.
  3. ↑ Rovnováha částice // Univerzitní fyzika  (neurčeno) . — 3. — Addison-Wesley , 1964.
  4. ↑ Statistický popis soustav částic // Základy statistické a tepelné  fyziky . - McGraw-Hill Education , 1965. - S.  47 a násl .
  5. ↑ J. Dubinski. Galaxy Dynamics and Cosmology na Mckenzie (nedostupný odkaz) . Kanadský institut pro teoretickou astrofyziku . Získáno 24. února 2011. Archivováno z originálu dne 2. listopadu 2021. 
  6. ↑ G. Coppola. Galaxie Sérsic se Sérsicovými modely halo galaxií raného typu: Nástroj pro simulace těles N  (anglicky)  // Publikace Astronomické společnosti Pacifiku  : časopis. - 2009. - Sv. 121 , č.p. 879 . - doi : 10.1086/599288 . - . - arXiv : 0903.4758 .
  7. ↑ Subatomární částice . yourDictionary.com . Získáno 8. února 2010. Archivováno z originálu 5. března 2011.
  8. ↑ Kvantová fyzika atomů, molekul, pevných látek, jader, iontů , sloučenin a částic .  
  9. ↑ Základy statistické a tepelné fyziky .  
  10. ↑ Kvantová fyzika atomů, molekul, pevných látek, jader a částic .  
  11. ↑ Kvantová fyzika atomů, molekul, pevných látek, jader a částic .  
  12. ↑ Základy statistiky a tepelné dynamiky .  
  13. ↑ Základy statistiky a tepelné dynamiky .  
  14. ↑ Kompozitní částice . yourDictionary.com . Získáno 8. února 2010. Archivováno z originálu 15. listopadu 2010.
  15. ↑ Elementární částice . yourDictionary.com . Získáno 8. února 2010. Archivováno z originálu 14. října 2010.
  16. ↑ 1 2 A. Graps. N-Body / Particle Simulation Methods  (anglicky)  (nedostupný odkaz) (20. března 2000). Získáno 13. listopadu 2020. Archivováno z originálu 5. dubna 2001.
  17. ↑ Koloidy . Encyclopædia Britannica (1. července 2014). Datum přístupu: 12. dubna 2015.
  18. ↑ Fyzikální chemie  (neurčitá) . — 5. — McGraw-Hill Education , 2001.

Další čtení

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích