四大基本力与其中分子间力的具体介绍

自然界中存在四大基本力:万有引力,电磁力,强相互作用和弱相互作用。
其中,万有引力是宇宙中大多数物质之间的作用,作用力数值相对最小,但是它主宰了宇宙有大质量物体的运动。
图片
万有引力的产生来自质量,质量扭曲了空间,这是引力产生的本质。
图片
我们可以把整个宇宙空间想象成一个弹床,而星球就是放在这个弹床表面上的一个个小球。因为这些小球具有质量,所以会把弹床的表面压得凹陷,那么旁边的小球自然会沿着凹陷的方向滚落下去。
图片
电磁力是分子,原子之间的相互作用,即所谓的同性相斥,异性相吸,它是万有引力的10^36倍。
电磁力可以分为很多种,在本文中我们将具体解释电磁力中的分子间力的种类以及其产生的原因。
图片
强相互作用是强子之间的相互作用,其中强子是由夸克结合而成。其值为电磁力的100倍。
图片
夸克是一种参与强相互作用的基本粒子,可以被分为多种类型,它是构成物质的基本单元。夸克相互结合形成一种复合粒子,即为强子,而强子中最为稳定的就是质子和中子。
比如中子是由三个携带不完整电荷的夸克所组成的,它们所携带的电荷数分别为-1/3,-1/3,2/3。
图片
图片
弱相互作用产生粒子的衰变过程。在原子核中的中子在衰变成质子的过程中,不仅放出了一个电子,而且放出了一个中微子。这一衰变过程就是由弱力引起的,它的值远小于电磁力,但是比万有引力强得多。
所谓大一统理论,指的就是科学家们希望找到一种理论或者模型,可以将这四种力放到一个框架之下。目前强相互作用,弱相互作用和电磁力的大一统理论已经有了,唯一的困难在于将引力放于这一框架之中。
图片
图片
在宇宙大爆炸的一段非常短的时间内,四大基本力是统一的,它们都统合为“超力”这一基本力。但是伴随着宇宙的冷却,引力与其他三种基本力分离开来。当然这里所说的时间是非常短暂的,远远低于一秒钟。
图片
图片
当然本文后面主要在于介绍分子间力,这也是我们更容易遇到的一种力。除了万有引力以外,强相互作用和弱相互作用距离我们的生活相对比较远。
分子间力就是电磁力中的一种,它可以分为静电力,诱导力和色散力。
其中,静电力是指分子永久偶极矩间的相互作用力。分子是由带正电的原子核和带负电的电子构成,理论上是呈中性的。
图片
但是分子可以分为极性分子和非极性分子,当正负电荷中心不重合时称为极性分子,反之则为非极性分子。
对于极性分子,实际上是共用电子对偏向一方,使一方呈正电,一方呈负电,可以通过偶极矩来度量其极性。
图片
诱导力针对的是非极性分子,是被诱导产生的偶极矩与永久偶极矩之间的相互作用。是通过偶极矩产生的电场或者外加电场导致非极性分子产生的偶极矩。对于极性分子而言,既有静电力又有诱导力,但是诱导力比静电力小得多。对于非极性分子而言,只有诱导力。
色散力是指由瞬间偶极矩诱导产生的偶极矩之间的相互作用,针对的是如果全部都是非极性分子的情况下。在此时,既没有电磁力,也没有诱导力,就只剩下一个色散力。这里的瞬间偶极矩是指偶然电荷不重合的情况下所产生的偶极矩。
图片