Tímarit Verkfræðingafélags Íslands - 20.12.1946, Blaðsíða 4

34
TÍMARIT V.F.I. 1946
ummyndast í varmaorku. En sá hluti, sem ummynd-
ast hefur, er aðeins 1:1010.
Kemisk orka í þessum skilningi er efnisorka, og
hefur hún verið þekkt um langan aldur. En breyting
efnisins í orku í svo ríkum mæli, að mælanlegur væri
massi sá, sem ummyndaðist, þótti mjög ólíkleg, eins
og áður var getið. Hinn fyrsti, sem heldur því fram,
að slíkar breytingar eigi sér stað í ríkum mæli í heim-
inum, hygg ég að sé hinn enski stjörnufræðingur
Eddington. Byggði hann kenningu sína um innri
byggingu stjarnanna á því, að í miðjum þeirra losn-
aði efnisorka í mjög ríkum mæli. Virtist svo, sem
hitastigið í miðju stjarnanna væri ávallt um 40
milljón stig samkvæmt upphaflegu kenningunni, og
gerði Eddington því ráð fyrir því, að ummyndun þessi
færi fram við hitastig þetta. Orka £Ú, sem geislar út
frá sólinni, er um 60 þúsund kílówatt pr. fermetra, og
virtist engin skýring vera önnur til á því, hvaðan öll
þessi orka kæmi.
Nútímahugmyndir um byggingu frumeindanna.
Eins og áður var getið fékkst fyrsta þekking
manna á breytingum innan frumeindanna við rann-
sóknir á geislamögnuðum efnum. Nánari rannsóknir
á fyrirbærum þessum leiddu til þess, að menn gátu
farið að gera sér ákveðnar hugmyndir um byggingu
frumeindanna og krafta þá, sem þar eru að verki.
Rétt er þó að taka það fram, að þekking á kröftun-
um er að verulegu leyti empírisk og draga má í efa,
að líkön þau, sem gerð eru, séu annað og meira en
myndir, sem fullnægja því hlutverki að skýra mikinn
hluta þeirra athugana, sem gerðar hafa verið.
Frumeindirnar eru um það bil ÍO-^8 cm að þver-
máli, en megnið af massa þeirra felst í svonefndum
kjarna, og er stærð hans um 10^12 cm. Umhverfis
kjarnann eru hinar ytri elektrónur (rafeindir) og
skipast efnin í hinu períódiska kerfi eftir fjölda
þeirra. Vatnsefni nr. 1, sem hefur eina ytri elektrónu,
He nr. 2 með tvær o. s. frv. Síðast í röðinni kom
U, sem hefur 92 ytri elektrónur, og er þannig nr. 92
í períódiska kerfinu. Öll efni þarna á milli eru
þekkt, en tvö þeirra virðast vera svo óstöðug, að þau
ummyndast á broti úr sekúndu í önnur efni.
Af því, sem á undan var sagt, er þegar ljóst, að
meginhluti orku frumeindarinnar felst í sjálfum
kjarnanum, þar sem meginhluti massans er þar.
Sérhver rafeind hefur negatífa hleðslu að stærð
1,6 x 10-*-18 Coulomb. En kjarninn er hlaðinn pósitífu
rafmagni, sem svarar hleðslunum á rafeindunum um-
hverfis hann, þannig að frumeindin sem heild er
óhlaðin.
Kjarninn er byggður úr prótónum, en prótóna er
efniseind, sem hlaðin er pósitífu rafmagni, jafnmiklu
og ein rafeind (1,6 XlO-1-10 Coul). Númer efnisins í
períódiska kerfinu, atómnúmerið, er þannig jafnt
f jölda hinna pósitífu hleðsla í kjarnanum. Er einfald-
ast að hugsa sér kjarna hvers frumefnis byggðan
úr jafnmörgum prótónum eins og atómnúmerið segir
til um. Prótónan hefur massa sem er um 1800 sinn-
um meiri en massi einnar rafeindar. Kjarninn í vatns-
efnisfrumeind, H+, er prótóna.
Helíum, sem næst er í röðinni hefur massa, sem er
um það bil fjórfaldur massi vatnsefnisfrumeindar-
innar, en í kjarnanum eru aðeins tvær prótónur, þ. e.
efnið nr. 2 í per. kerfinu. Hinn hluti massans eru
tvær eindir, svonefndar neutrónur. Neutrónur virðast
svipaðar prótónum, en eru án hleðslu. Þannig virðast
allir kjarnar byggðir úr prótónum og neutrónum, ef
undan er skilið vatnsefni og í vissum tilfellum helí-
um. Tala sú, sem gefur til kynna sameiginlegan f jölda
neutróna og prótóna í kjarna einhvers efnis, nefnist
massatala efnisins. Hlýtur hún samkvæmt eðli sínu
ávallt að vera heil tala. Fjöldi neutróna í kjörnum
efnanna er að jafnaði sá sami eða meiri en fjöldi
prótónanna, eða réttara: massatalan er ávallt (að
undansk. H) a. m. k. tvöfallt atómnúmerið.
Það er aðeins bygging hins ytra rafeindakerfis,
sem er ákvarðandi um kemíska eiginleika efnanna.
Kemískir eiginleikar breytast ekki, þótt fleiri eða
færri neutrónur séu í kjarnanum. Efni, sem hafa
sama atómnúmer en mismunandi massatölu nefnast
ísótópur. Isótóp efni eru frá efnafræðilegu sjónar-
miði eins.
Efnafræðingar hafa, sem kunnugt er, tákn fyrir hin
ýmsu frumefni, t. d. H fyrir vatnsefni, O fyrir súr-
efni o. s. frv. Er hér ekki greint á milli hinna ein-
stöku ísótópa. Sé þörf á því, er venja að setja massa-
töluna aftan við kemíska merkið eins og veldisvísi,
en atómtalan er sett framan við kemíska táknið með
smáum tölum að neðan, t. d. 0C12 þýðir: efni með
atómtölunni 6 og massatölunni 12. Efni þetta er kol-
efni. Sést það á kemíska tákninu, C, sem að vísu er
óþarfi, þar sem atómtalan vísar ótvírætt til þess, uffl
hvaða efni sé að ræða.
Þær þrjár grundvallareindir, sem hér hafa verið
nefndar, eru fullnægjandi til skýringar á því, sem a
eftir fer. Hins vegar hafa fundist fleiri eindir í frum-
eindunum.
Rafeindin og prótónan eru nú gamlir kunningjar
okkar, en neutrónan er til þess að gera ný. Það er
fyrst 1932, sem talið verður, að sönnuð hafi verið
tilvera neutrónanna. Neutrónurnar hafa hvorki pósi-
tífa né negatífa hleðslu eins og rafeindir og prótónur,
og er því erfiðara að verða var við verkanir þeirra.
Orka og kjarnabreytingar.
Við vorum áður búnir að athuga orku þá, sem
samfara er venjulegri efnabreytingu. Skulum við nu
athuga nokkuð þá orku, sem kemur fram eða hverf-
ur við kjarnabreytingar.