Частица

Дуговые сварщики защищают себя от сварочных искр, которые представляют собой нагретые металлические частицы, которые вылетают с поверхности металла.

В физических науках частица (или корпускула в старых текстах) представляет собой небольшой локализованный объект, которому можно приписать несколько физических или химических свойств, таких как объем, плотность или масса. [1] Они сильно различаются по размеру или значению, от субатомных частиц, таких как электрон, до микроскопических частиц, таких как атомы и молекулы, до макроскопических частиц, таких как порошки и другие гранулированные материалы. Частицы можно также использовать для создания научных моделей даже более крупных объектов в зависимости от их плотности, таких как люди, движущиеся в толпе или небесные тела в движении .

Термин «частица» имеет довольно общий смысл и уточняется по мере необходимости в различных научных областях. Все, что состоит из частиц, может называться частицей. Тем не менее, существительное «частицы» чаще всего используется для обозначения загрязнителей в атмосфере Земли, которые представляют собой суспензию не связанных частиц, а не агрегацию связанных частиц.

Концепция частиц особенно полезна при моделировании природы, так как полная обработка многих явлений может быть сложной из-за сложности вычислений. [2] Её используют для упрощения предположений, касающихся вовлеченных процессов. Фрэнсис Сирс и Марк Земанский из Университета физики приводят пример расчета места падения и скорости брошенного в воздух бейсбольного мяча. Они постепенно лишают бейсбольный мяч большинства его свойств, сначала идеализируя его как жесткую гладкую сферу, затем пренебрегая вращением, плавучестью и трением, что в конечном итоге сводит проблему к баллистике классической точечной частицы. [3] Обработка большого количества частиц является областью статистической физики. [4]

Термин «частица» обычно применяется по-разному к трем классам размеров. Термин макроскопическая частица, как правило, относится к частицам, намного большим, чем атомы и молекулы. Они обычно абстрагируются как точечные частицы, даже если они имеют объем, форму, структуры и т. д. Примерами макроскопических частиц могут быть порошок, пыль, песок, осколки во время автомобильной аварии или даже такие большие объекты, как звезды галактики . [5] [6]

Другой тип микроскопических частиц обычно относится к частицам размером от атомов до молекул, таким как диоксид углерода, наночастицы и коллоидные частицы. Эти частицы изучаются в химии, а также в атомной и молекулярной физике. Самые маленькие частицы - это субатомные частицы, которые относятся к частицам, меньшим, чем атомы. [7] К ним относятся такие частицы, как составные части атомов - протоны, нейтроны и электроны, а также другие типы частиц, которые могут быть получены только в ускорителях частиц или космических лучах. Эти частицы изучаются в физике элементарных частиц.

Из-за их чрезвычайно малого размера исследования микроскопических и субатомных частиц попадают в сферу квантовой механики. Они будут демонстрировать явления, которые показывают модельные частицы в ящике, [8] [9] включая дуальность волны-частицы, [10] [11] и можно ли считать частицы отличными или идентичными [12] [13] является важным вопросом во многих ситуациях.

Частицы также могут быть классифицированы по составу. Составные частицы относятся к частицам, которые имеют состав - то есть частицы, которые сделаны из других частиц. [14] Например, атом углерода-14 состоит из шести протонов, восьми нейтронов и шести электронов. Напротив, элементарные частицы (также называемые фундаментальными частицами) относятся к частицам, которые не состоят из других частиц. [15] Согласно нашему современному пониманию мира, существует очень небольшое их количество, такие как лептоны, кварки и глюоны. Однако возможно, что некоторые из них все-таки окажутся составными частицами и на данный момент просто кажутся элементарными. Хотя составные частицы очень часто можно считать точечными, элементарные частицы действительно имеют нулевой размер.

Как элементарные (такие как мюоны), так и составные частицы (такие как ядра урана), как известно, подвергаются распаду частиц . Это те частицы, которые не называются стабильными частицами, такими как электрон или ядро гелия-4. Время жизни стабильных частиц может быть бесконечным или достаточно большим, чтобы препятствовать попыткам наблюдать такие распады. В последнем случае эти частицы называются «наблюдательно устойчивыми». В общем, частица распадается из состояния с высокой энергией в состояние с более низкой энергией, испуская какую-либо форму излучения, например, в виде фотонов.

В вычислительной физике, N-частичным моделированием называется моделирование динамических систем частиц под действием определенных условий, таких как сила тяжести[16]. Это моделирование очень распространено в космологии и вычислительной гидродинамике.

N - это число рассматриваемых частиц. Поскольку моделирование с более высоким N требует больших вычислительных затрат, системы с большим количеством реальных частиц часто сводятся к системам с меньшим числом частиц, и алгоритмы моделирования необходимо оптимизировать с помощью различных методов[16].

Коллоидные частицы - компоненты коллоида. Коллоид - это вещество, распределенное равномерно по всему объёму другого вещества. [17] Такая коллоидная система может быть твердой, жидкой или газообразной; а также непрерывной или рассеянной. Частицы дисперсной фазы имеют диаметр приблизительно от 5 до 200 нанометров. [18] Растворимые частицы меньше этого размера будут образовывать раствор, а не коллоид. Коллоидные системы (также называемые коллоидными растворами или коллоидными суспензиями) являются предметом коллоидных наук. Взвешенные твердые вещества могут удерживаться в жидкости, тогда как твердые или жидкие частицы, взвешенные в газе, вместе образуют аэрозоль. Частицы также могут быть взвешены в форме твердых частиц в атмосфере, которые могут представлять собой загрязнение воздуха. Более крупные частицы могут аналогичным образом образовывать морской мусор или космический мусор. Конгломерацию дискретных твердых макроскопических частиц можно описать как сыпучий материал.