Wie können wir die Masse von Teilchen messen?

Der schwierigste Teil ist, mit der Messung der Masse eines Teilchens zu beginnen. Sobald Sie das haben, können Sie die anderen leichter erhalten, da Massenverhältnisse leichter zu messen sind als absolute. Sie zitieren Werte, die gut für 8-Sig-Feigen sind, und ich bin sicher, dass die Experimente, die erforderlich sind, um diese Art von Präzision zu erreichen, äußerst komplex sind. Ich werde beschreiben, wie man sie mit viel weniger heroischer Präzision misst, indem man die Art von Ausrüstung verwendet, die man in einer High School mit einem gut ausgestatteten Physik- und Chemielabor finden könnte. Bei dieser Genauigkeit sind die Massen von Neutron und Proton gleich.

Sie sagen, Sie wissen, wie man die Masse des Elektrons misst, aber um konkret zu sein, sagen wir, dass wir das tun, indem wir die Wellenlängen im Emissionsspektrum von Wasserstoff messen und die Gleichungen im Bohr-Modell lösen, um die Masse des Elektrons zu erhalten.

Als nächstes können wir das Verhältnis von Ladung zu Masse des Elektrons messen$-e/m_e$indem Elektronen durch ein bekanntes Potential beschleunigt und dann ihre Ablenkung in einem Magnetfeld gemessen werden.

Messen Sie nun das Ladungs-zu-Masse-Verhältnis eines Elements wie Natrium, indem Sie eine Elektrolyse durchführen und das Verhältnis ermitteln, wie viel Ladung um den Stromkreis geflossen ist, wie viel Masse auf der Elektrode abgelagert wurde. Da wir wissen, wie viele Neutronen und Protonen Natrium enthält, können wir auf die Ladungs-Masse-Verhältnisse schließen$e/m_p$Und$e/m_n$(die nach unserer Genauigkeit gleich sind).

Schließlich, da wir wissen$m_e$,$-e/m_e$,$e/m_p$, Und$e/m_n$, es ist einfach zu finden$m_n$Und$m_p$.

Diese Frage ist dieselbe wie die Frage nach der Avogadro-Zahl, der Anzahl der Wasserstoffatome, die 1 g wiegen. Dazu gibt es drei klassische Möglichkeiten, die in dieser Antwort beschrieben werden: Wie wurde die Zahl von Avogadro zuerst bestimmt?

Sobald Sie die Avogadro-Zahl kennen (oder die Boltzmann-Konstante, sie sind im Wesentlichen gleich), erhalten Sie die Massenskala von Atomen.