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Drei Wege, um die Protonenmasse zu finden, umfassen die Berechnung aus der Theorie, aus der atomaren Molmasse und Ladungs- / Massenvergleiche mit Elektronen. Die Verwendung der Theorie, um herauszufinden, welche Protonenmasse "sein sollte", ist nur für Experten auf diesem Gebiet realistisch. Ladungs- / Massen- und Molmassenberechnungen können auf Grundschul- und Sekundarschulniveau durchgeführt werden.
Leiten Sie die Protonenmasse aus Quanten- und Relativitätstheorien ab. Protonen haben eine innere Struktur - drei Teilchen (Quarks), die durch Anziehungskräfte (Gluonen) zusammengehalten werden. Naive Annahmen würden jedem Quark 1/3 Protonenmasse geben. Etwa 95 bis 98 Prozent der Protonenmasse werden nicht von der Quarkmasse beigesteuert. In Wahrheit wird die meiste Protonenmasse aus der Wechselwirkungsenergie zwischen den Quarks abgeleitet. Erinnern Sie sich an "E = mc ^ 2", falls die Formulierung "Masse wird aus Energie abgeleitet" verwirrt ist.
Berechnen Sie die molare Wasserstoffmasse. Ein Mol entspricht 6.022e23, genau wie ein Dutzend 12 oder ein Paar zwei entspricht. Wir können davon ausgehen, dass ein Mol Wasserstoffatome (nicht „H2“ -Moleküle) 1,0079 g wiegt. Jedes Wasserstoffatom enthält ein Proton, ein Mol Protonen wiegt also 1.0079 g. Da jedes Mol 6.022e23-Einheiten entspricht, wissen wir, dass 6.022e23-Protonen 1.0079 Gramm wiegen. Das Teilen von 1,0079 g durch die Molzahl (1,0079 / 6,022e23) ergibt die Protonenmasse: 1,6737e-24 g.
Beachten Sie, dass Wasserstoffatome ein Elektron haben, um die Protonenladung auszugleichen. Protonen ohne Elektronen, entweder gelöst in Lösung oder als Plasma, unterscheiden sich stark von Wasserstoffatomen. Da die Berechnung hier nicht aufhört, können wir die physikalische Absurdität ignorieren, wenn wir so tun, als gäbe es keine Elektronen.
Beachten Sie, dass die Berechnungsmethode „Molmasse“ mit jedem Element durchgeführt werden kann. Es treten jedoch drei Fehlerquellen auf. Erstens sind Protonen in Wasserstoffatomen nicht gebunden. In anderen Elementen sind Protonen an Neutronen gebunden. In einem Kern gebundene Protonen haben weniger Energie - also etwas weniger Masse - als isolierte Protonen. Zweitens fängt die Elektronennummer und der Fehler, wenn man sie ignoriert, an, sich zu summieren. Die Berücksichtigung von Elektronen macht das ganze Unterfangen komplizierter. Schließlich sind schwerere Elemente radioaktiv. Berücksichtigen Sie Zerfallspfade, Isotopenpräsenz, Halbwertszeiten usw. Auch hier ist die Berechnung noch möglich, wird jedoch schwieriger als erforderlich.
Verwenden Sie das Verhältnis Ladung / Masse. Diese Methode misst die Partikelkrümmung beim Eintreten in kalibrierte elektrische und magnetische Felder. Die Größe der Krümmung würde die Protonenmasse im Vergleich zur Elektronenmasse anzeigen. Die experimentelle Idee ähnelt der Beeinflussung der Bewegung einer rollenden Kugel. Eine konstante mechanische Kraft lenkt eine schwere Wassermelone (Proton) in geringem Maße von der Geraden ab. Die gleiche Kraft lenkt einen leichten Golfball (Elektron) viel mehr ab.