Về chất hạt nhân

23

mômen lực bằng 0 và hệ ở trạng thái cân bằng ổn định. (Trên thực tế, hệ quy chiếu không dừng lại ngay lập tức; trong một thời gian nó sẽ quay quanh vị trí cân bằng của nó.)

Không khó để chỉ ra (bạn tự làm) rằng ở bất kỳ vị trí trung gian nào, khi pháp tuyến với mặt phẳng đối diện, một góc β tùy ý được tạo thành với chỉ thị của từ trường thì mô men xoắn bằng

$$M = BIS \sin \beta.$$

Từ biểu thức này, rõ ràng rằng đối với một giá trị nhất định của chỉ thị trường và khi xác định vị trí của bộ đếm với dòng điện, mô-men xoắn chỉ phụ thuộc vào tích của diện tích bộ đếm S và cường độ dòng điện I trong đó. Đại lượng IS được gọi là mô men từ của thiết bị mang dòng điện. Chính xác hơn, IS là mô hình của vectơ mômen từ. Và vectơ này được định hướng vuông góc với mặt phẳng đối diện và theo cách mà nếu chúng ta quay miếng gimlet theo hướng của dòng điện trong mạch, thì hướng chuyển động tịnh tiến của miếng gimlet sẽ chỉ ra hướng của mô men từ. Ví dụ, mômen từ của contra thể hiện trong Hình 1 và 2 hướng ra xa chúng ta phía sau mặt phẳng của trang giấy. Mô men từ được đo bằng A m2.

Bây giờ chúng ta có thể nói rằng một mạch điện có dòng điện đặt trong từ trường đều được lắp đặt sao cho mô men từ của nó “nhìn” theo hướng của từ trường gây ra chuyển động quay của nó.

Được biết, không chỉ mạch điện có dòng điện mới có đặc tính tạo ra từ trường riêng và quay trong một từ trường bên ngoài. Các tính chất tương tự cũng được quan sát thấy ở một thanh từ hóa, chẳng hạn như ở kim la bàn.

Trở lại năm 1820, nhà vật lý nổi tiếng người Pháp Ampere đã bày tỏ ý tưởng rằng sự giống nhau về hành vi của một nam châm và một dòng điện ngược với dòng điện được giải thích bởi thực tế là các dòng điện kín tồn tại trong các bộ phận của nam châm. Ngày nay người ta biết rằng trong các nguyên tử và phân tử thực sự có những dòng điện cực nhỏ liên quan đến chuyển động của các electron trên quỹ đạo của chúng xung quanh hạt nhân. Do đó, các nguyên tử và phân tử của các chất có nhiều đuôi, chẳng hạn như vật liệu thuận từ, có mômen từ. Sự quay của những khoảnh khắc này trong từ trường bên ngoài dẫn đến sự từ hóa của các chất thuận từ.

Những người khác cũng đã phát hiện ra. Tất cả các hạt tạo nên nguyên tử cũng có mômen từ hoàn toàn không liên quan đến bất kỳ chuyển động nào của điện tích, tức là với dòng điện. Đối với họ, mômen từ có đặc tính “bẩm sinh” giống như điện tích, khối lượng, v.v. Ngay cả một hạt không có điện tích—neutron, một phần không thể thiếu của hạt nhân nguyên tử—cũng có mômen từ. Vì vậy hạt nhân nguyên tử cũng có mô men từ.

Như vậy, mô men từ là một trong những khái niệm quan trọng nhất trong vật lý.

Về chất hạt nhân

Hạt nhân nguyên tử chứa hai loại hạt: proton tích điện dương và neutron trung tính. Chúng có khối lượng rất gần nhau $m_p \approx m_n \approx 1,67 \cdot 10^{-27}$ kg. Giá trị này không đáng kể, tuy nhiên, mật độ vật chất trong lõi rất cao. Hãy thử đánh giá nó.

Các thí nghiệm của Rezerforad, trong đó sự tồn tại của hạt nhân nguyên tử, cho thấy kích thước của nó là ~10$^{-14}$—10$^{-15}$ m. Các phép đo tiếp theo về bán kính của hạt nhân có giá trị số khối $A > 10$

$$R_\pi \approx 1,3 \cdot 10^{-15} \sqrt{A} \text{ m}.$$

Hơn nữa, đối với thể tích của hạt nhân (giả sử nó có dạng hình cầu) ta có

$$V_\pi = \frac{4}{3} \pi R_\pi^3 \approx 10^{-44} A \text{ m}^3.$$

Khối lượng lõi

$$M_\pi \approx m_p A,$$

mật độ vật chất trong hạt nhân