Energie spojující jádro. Hromadná závada Hmotnost a energie Vliv vady hmoty
Na základě slovní zásoby se nedávno zjistilo, že veškerá hmota se skládá z molekul a atomů. Atom (v překladu z řečtiny „jednotlivec“) již dlouhou dobu zohledňuje nejmenší strukturální jednotku řeči. Další výzkum však ukázal, že atom je složitý a ve skutečnosti obsahuje další částice.
Z čeho se atom skládá?
V roce 1911 Rutherford zjistil, že v atomu je centrální část, která má kladný náboj. Tak vznikl koncept atomového jádra.
Podle Rutherfordova schématu zvaného planetární model je atom složen z jádra a elementárních částic se záporným nábojem - elektronů, které kolabují kolem jádra, stejně jako kolabují planety na oběžné dráze kolem Slunce.
V roce 1932 Chadvikovo nové učení odhalilo zakřivený neutron – částici, která nenese elektrický náboj.
Na základě nedávných pozorování jsou jádra v souladu s planetárním modelem navrženým Rutherfordem. Jádro nese většinu atomové hmoty. Nese také kladný náboj. Atomové jádro obsahuje protony – kladně nabité částice a neutrony – částice, které nenesou náboj. Protony a neutrony se nazývají nukleony. Záporně nabité částice - elektrony - kolabují na své dráze kolem jádra.
Počet protonů v jádře je na staré oběžné dráze. Atom sám o sobě často náboj nenese. Kdykoli atom získá elektrony jiných lidí nebo své vlastní, stane se pozitivním nebo negativním a nazývá se iontem.
Elektrony, protony a neutrony se běžně nazývají subatomární částice.
Náboj atomového jádra
Jádro má nábojové číslo Z. Je určeno počtem protonů, které vstupují do atomového jádra. Rozpoznat toto množství je snadné: stačí přejít do Mendělevova periodického systému. Atomové číslo prvku, ke kterému atom patří, souvisí s počtem protonů v jádře. Protože tedy chemický prvek kyselina má atomové číslo 8, je počet protonů podobný osmi. Pokud je počet protonů a elektronů v atomu eliminován, pak se počet elektronů stále zvyšuje.
Počet neutronů se nazývá izotopové číslo a označuje se písmenem N. Jejich počet se může v atomu stejného chemického prvku lišit.
Součet protonů a elektronů v jádře se nazývá hmotnostní číslo atomu a označuje se písmenem A. Také vzorec pro určení hmotnostního čísla vypadá takto: A = Z + N.
Izotopy
Pokud mají prvky stejný počet protonů a elektronů a různý počet neutronů, nazývají se izotopy chemického prvku. Může existovat jeden nebo více izotopů. Jsou umístěny ve stejném středu periodického systému.
Izotopy mají velký význam v chemii a fyzice. Například izotop vody - deuterium - ve spojení s kyselostí dává zcela novou látku, která se nazývá důležitá voda. Může mít jinou teplotu varu a mrazu, než je obvyklé. A kombinace deuteria s dalším izotopem vody - tritiem vede k termonukleární fúzní reakci a lze je kombinovat za vzniku velkého množství energie.
Hmotnost jader a subatomárních částic
Velikost této hmoty atomů je v projevech člověka zanedbatelná. Velikost jader je přibližně 10 -12 cm Hmotnost atomového jádra se ve fyzice pohybuje v atomových jednotkách hmotnosti - a.u.m.
Pro jednoho a. Vezměte jednu dvanáctinu atomu uhlíku. Vikoristické jednotky vimiru (kilogramy a gramy), hmotnost lze vyjádřit v následujícím poměru: 1 a.u.m. = 1,660540 · 10-24 r. Vyjádřeno tímto způsobem se nazývá absolutní atomová hmotnost.
Bez ohledu na to je atomové jádro největším skladištěm atomu, jehož velikost je podobná elektronovému mraku, který z něj vychází, extrémně malý.
Jaderné síly
Atomová jádra jsou extrémně stabilní. To znamená, že protony a neutrony jsou hnány do jádra určitými silami. Toho nelze dosáhnout elektromagnetickými silami, fragmenty protonu jsou současně nabité částice a je jasné, že částice, které nesou nový náboj, vznikají jedna za druhou. Gravitační síly musí být slabé, aby nukleony eliminovaly najednou. Také části jsou zatlačovány do jádra jinou interakcí – jadernými silami.
Jaderné interakce jsou v přírodě nejdůležitější ze všech. Proto se tento typ interakce mezi prvky atomového jádra nazývá silný. Je přítomen v mnoha elementárních částicích, stejně jako v elektromagnetických silách.
Vlastnosti jaderných sil
- Krátký kód. Jaderné síly se kromě elektromagnetických objevují jen na velmi malých plochách, rovných velikosti jádra.
- Nezávislost nabíjení. Tato zvláštnost se projevuje v tom, že jaderné síly působí ovšem na protony a neutrony.
- Nasichennya. Nukleony jádra interagují pouze s velkým počtem dalších nukleonů.
Energie vazby jádra
Pojem silné interakce úzce souvisí s energií vazby jader. Jadernou energií rozumíme množství energie potřebné k rozdělení atomového jádra na jeho nukleony. To je prastará energie potřebná k vytvoření jádra z okolních částic.
Pro výpočet energie jádra je nutné znát hmotnost subatomárních částic. Výpočty ukazují, že hmotnost jádra je vždy menší a počet nukleonů, které jdou do skladu, je nižší. Hmotnostní defekt je rozdíl mezi hmotností jádra a součtem jeho protonů a elektronů. Pomocí dodatečné vazby mezi hmotou a energií (E=mc 2) lze vypočítat energii generovanou při vytváření jádra.
Sílu energie jádra lze posoudit na tomto příkladu: když se spálí několik gramů helia, rozvibruje se stejné množství energie, jako když se spálí mnoho tun kamenného uhlí.
Jaderné reakce
Jádra atomů mohou interagovat s jinými atomy. Takové interakce se nazývají jaderné reakce. Existují dva typy reakcí.
- Reakce níže. Zápach vzniká, když se důležitá jádra nakonec snadněji rozpadají.
- Syntetická reakce. Proces brány: tvoří se jádra a vytvářejí se důležité prvky.
Všechny jaderné reakce jsou doprovázeny druhem energie, která je užitečná v průmyslu, ve vojenské sféře, v energetice atd.
Poté, co se seznámíte se strukturou atomového jádra, můžete vytvořit následující nápady.
- Atom se skládá z jader obsahujících protony a neutrony a elektronů, které se nacházejí poblíž.
- Hmotnostní číslo atomu se rovná součtu nukleonů jeho jádra.
- Nukleony procházejí silnými vzájemnými interakcemi.
- Velké síly, které propůjčují atomovému jádru stabilitu, se nazývají jaderné vazebné energie.
Aby se jádro rozložilo na nukleony, které spolu neinteragují, je nutné pracovat s jadernými silami, aby se jádru předala energie. Když se však k jádru přidá více nukleonů, je vidět stejná energie (podle zákona zachování energie).
- Minimální energie potřebná k rozdělení jádra na nukleony se nazývá jaderná vazebná energie
Jak můžete vypočítat energetickou hodnotu jádra?
Nejjednodušší způsob, jak zjistit hodnotu energie, je založen na zavedeném zákonu o propojení hmoty a energie, který objevil německý vědec Albert Einstein v roce 1905.
Albert Einstein (1879-1955)
Německý teoretický fyzik, jeden z tvůrců moderní fyziky. Objevil zákon propojení hmoty a energie, vytvořil zvláštní a skrytou teorii vitality
Je v souladu s tímto zákonem mezi hmotností m systému částic a klidnou energií, takže vnitřní energie E 0 systému je založena na přímo úměrném výskytu:
de s - tekutost světla ve vakuu.
V důsledku jakýchkoli procesů se klidová energie systému částic změní o hodnotu ΔE 0 1, což způsobí následnou změnu hmotnosti systému o hodnotu Δm, a vztah mezi těmito hodnotami je vyjádřen vztahem zadejte:
AE 0 = Δmс 2.
Když je tedy z jádra emitováno více nukleonů, v důsledku vytvořené energie (která je unášena v důsledku toho produkovanými fotony), je také náchylná ke změně hmotnosti nukleonů. Jinak se zdá, že hmotnost jádra je vždy menší než součet hmotnosti nukleonů, který se sčítá.
Zlomek hmotnosti jádra Δm je vyrovnán z celkové hmotnosti zásobních nukleonů lze zapsat následovně:
Δm = (Zm p + Nm n) - Mi,
kde M i je hmotnost jádra, Z i N je počet protonů a neutronů v jádře a m p i m n je hmotnost protonů a neutronů navíc.
Hodnota Δm se nazývá hromadná vada. Přítomnost hromadného defektu je potvrzena číselnými stopami.
Uvolníme např. vazebnou energii ΔE 0 jádra atomu s deuteriem (důležitý prvek), které se skládá z jednoho protonu a jednoho neutronu. Jinak to vypadá, že se spotřebovává energie, je potřeba rozdělit jádro na proton a neutron.
Z tohoto důvodu je významná vada v hmotnosti jádra m, přičemž se z podobných tabulek berou nejbližší hodnoty hmotnosti nukleonů a hmotnosti jádra atomu deuteria. Na základě tabulkových údajů je hmotnost protonu přibližně 1,0073 au. e.m., hmotnost neutronu - 1,0087 a. e.m., jaderná hmotnost deuteria - 2.0141 am. dop. Takže, Am = (1,0073 a.m. + 1,0087 a.m.) - 2,0141 a.u. e.m. = 0,0019 a. jíst.
Pro výpočet vazebné energie v joulech musí být hmotnostní defekt vyjádřen v kilogramech.
Vrahovuychi, scho 1a. e.m. = 1,6605 10-27 kg, odstraněno:
Δm = 1,6605 10 -27 kg 0,0019 = 0,0032 10 -27 kg.
Dosazením hodnoty hmotnostního defektu do vzorce energie vazby můžeme odstranit:
Energie, která je viděna nebo absorbována v procesu jakýchkoli jaderných reakcí, může být extrahována z mas jader a částic, které interagují a vznikají jako výsledek této interakce.
Napájeno
- Co se nazývá vazebná energie jádra?
- Zapište vzorec pro určení vady hmotnosti libovolného jádra.
- Zapište vzorec pro rozklad energie a vazbu jádra.
1 Řecké písmeno Δ („delta“) se obvykle používá k označení změny této fyzikální veličiny a umisťuje se před symbol toho kterého písmene.
E St = c2 (-mi).
Tato hodnota je energie vazby nukleonů v jádře Jedná se o nový typ robota, který je třeba vyvinout, aby oddělil nukleonové jádro a oddělil je od jednoho k druhému v takových situacích, kdy je prakticky nemožné vzájemně interagovat.
Velikost
A=-n i
volal defekt jaderné hmoty.Svalový defekt je spojen s energií spojení
A=E St/c 2.
Vypočítejme energii vazby nukleonů v jádře 2 He 4, které zahrnuje 2 protony a 2 neutrony.
Hmotnost atomu 2He4 je 4,00260 a. což je indikováno 3728,0 MeV. Hmotnost atomu 1H1 je 1,00815a. Hmotnost neutronu je 939,57 MeV. Po dosazení těchto hodnot do daného vzorce jej můžeme odstranit
E světlo = (2* 938,7 +2 * 939,5) -3728,0 = 24,8 MeV.
Pro jeden nukleon je energie vazby jádra na helium 7,1 MeV. jako helium.
Nejsilněji vázané nukleony jsou v jádrech s hmotnostními čísly řádově 50-60 (totéž pro prvky od Cr po Zn). Vazebná energie těchto jader dosahuje 8,7 MeV/nukleon. pro nejdůležitější přírodní prvek – uran, nastavte na 7,5 MeV/nukleon.
Takové skladování energie paliva z hlediska hmotnostního čísla může energeticky generovat dva procesy:
1) rozdělení důležitých jader na hrstku lehkých jader
2) syntéza (syntéza) lehkých jader na jednom.
Oba procesy jsou doprovázeny vidinou velkého množství energie. Například, když se zkombinují jádra deuteria a tritia, je vidět energie 17,6 MeV, a když je oxid uhličitý CO 2 kombinován s atomy C a O 2, je vidět energie asi 5 MeV. Rozdíl je zřejmý.
Jádra s hodnotami hmotnostního čísla A v rozmezí od 50 do 60 jsou energeticky lepší. S tím souvisí výživa: proč jsou jádra s různými hodnotami A stabilní? Odpověď leží v budoucnosti. Aby se jádro oddělilo, musí projít řadou mezistupňů, jejichž energie převyšuje energii hlavního stupně jádra. Také pro proces dělení jader je zapotřebí další energie (aktivační energie), která se pak otáčí zpět a přidává se k energii, která je vidět během dělení pro rychlost změny energie. V nejpokročilejších myslích je jádro aktivováno, což je důvod, proč důležitá jádra nerozpoznají spontánní podsekci. Aktivační energie může být odvozena ze skrytého nebo dalšího neutronu.
Proces dělení jader uranu nebo plutonia pod vlivem neutronů, které praskají v jádra, tvoří základ jaderných reaktorů a konečné atomové bomby.
Vzhledem k tomu, že existuje mnoho lehkých jader, pak k jejich rozpuštění v jednom jádru je zápach zodpovědný za to, že se přiblíží jedna k jedné na velmi blízkou vzdálenost (10 -15 m). Taková blízkost jader je překonána coulombijským oddělením mezi nimi. s velkými kapalinami, což odpovídá teplotám blízkým několika stovkám milionů Kelvinů.
Z těchto důvodů se nazývá proces syntézy lehkých jader termonukleární reakce
K takovým reakcím dochází na vrcholech Slunce a dalších hvězd. V pozemských myslích stále docházelo k nekerovaným termonukleárním reakcím během vibrací vodních bomb. Je velmi obtížné lehce pracovat na hledání způsobů, jak vytvořit jadernou termonukleární fúzi.
Jádra atomů jsou silně propojené systémy s velkým počtem nukleonů.
K úplnému rozdělení jádra ve skladu a jejich oddělení od sebe je nutné vynaložit hodně práce A.
Vazebná energie je energie potřebná k vytvoření, aby se jádro rozštěpilo na nukleony.
E odkaz = - A
Za zákonem zachování energie je spojení současně s předchozí energií, což je vidět v hodině vytvoření jádra z několika volných nukleonů.
Připojení energie Pitoma
To je energie vazby, na kterou dopadá jeden nukleon.
Protože nejlehčí jádra nejsou zachována, energie vazby je přibližně konstantní a zůstává na 8 MeV/nukleon. Prvky s hmotnostními čísly od 50 do 60 mají maximální vazebnou energii (8,6 MeV/nukleon). Jádra těchto prvků jsou nejstabilnější.
Ve světě se mění absorpce jader neutrony a vazebná energie.
Pro prvky na konci periodické tabulky se von rovná 7,6 MeV/nukleon (například pro uran).
Viditelná energie ze štěpení a syntézy jádra
Aby bylo možné jádro rozdělit, je nutné vynaložit mnoho energie na generování jaderných sil.
Aby bylo možné syntetizovat jádro z malých částic, je nutné zvýšit coulombovské síly syntézy (na což je nutné vynaložit energii, aby se tyto částice destilovaly do velké likvidity).
Aby bylo možné jádro rozdělit a jádro syntetizovat, je nutné vynaložit energii.
Když dojde ke splynutí jádra na malé vzdálenosti, začnou na nukleon působit jaderné síly, které způsobí jejich kolaps se zrychlením.
Urychlené nukleony vibrují gama kvanta, která obsahují energii, která se snoubí s prastarou energií.
Na výstupu reakce jaderného štěpení a syntézy je viditelná energie.
Є smysl provádějí štěpení jádra a syntézu jádra, pokud je otrimuvana, pak. energie byla viděna jako výsledek štěpení a syntézy, která by byla větší, méně plýtvaná
Podle harmonogramu lze zisk energie zvrátit buď rozpadem (štěpením) důležitých jader, nebo rozpuštěním lehkých jader, což lze v praxi provést.
Mas defekt
Vibrace hmotnosti jader ukazuje, že hmotnost jádra (Me) je vždy menší než součet hmotnosti uložených neutronů a protonů.
Když je jádro rozděleno: hmotnost jádra je vždy menší než hmotnost volných částic, které se usadily.
Během syntézy jádra: hmotnost jádra, které bylo vytvořeno, je vždy menší než hmotnost volných částic, které byly vytvořeny.
Defekt působí velkou energií na vazbu atomového jádra.
Hmotnostní defekt ukazuje rozdíl mezi celkovou hmotností všech nukleonů v jádře a hmotností jádra:
de Me – jádrová hmota (z dovidníku)
Z – počet protonů v jádře
mp – klidová hmotnost volného protonu (z editoru)
N – počet neutronů v jádře
mn – tichá hmotnost volného neutronu (z editoru)
Změna hmotnosti při osvětlení jádra znamená, že se mění energie nukleonového systému.
Zničení energie z jádra
Energie potřebná ke spojení jádra dohromady je mnohem vyšší než energie potřebná k rozdělení jádra na okraji nukleonu nebo energie, která je potřebná pro syntézu jader z nukleonů.
U této energie je spojení jádra hromadným defektem.
Vzorec pro rozbití energie jádra je Einsteinův vzorec:
Pokud existuje systém částic, který obsahuje hmotnost, pak změna energie systému vede ke změně hmotnosti.
Zde je energie vazby jádra vyjádřena hmotností defektu na čtverec jasu světla.
V jaderné fyzice se hmotnost částic vyjadřuje v jednotkách atomové hmotnosti (am.m.u.)
v jaderné fyzice je obvyklé měřit energii v elektronvoltech (eV):
Expirace je 1 hodina ráno. elektronvolty:
Rozrahunkovský vzorec pro energii vazby (v elektronvoltech) nyní vypadá takto:
APLIKACE ROZRAKHUNK energetické vazby jádra atomu na helium (He)
>V roce 1932 po uvolnění protonu a neutronu starověkým D.D. Ivaněnko (SRSR) a V. Heisenberg (Nimechchina) představili protonový-neutronový model atomového jádra.
Totéž pro tento model:
- jádra všech chemických prvků jsou složena z nukleonů: protonů a neutronů
- náboj myšlenkového jádra je zbaven protonů
- Počet protonů v jádře se rovná atomovému číslu prvku
- počet neutronů je rozdíl mezi hmotnostním číslem a počtem protonů (N=A-Z)
Název jádra atomu chemického prvku je:
X – symbol chemického prvku
A je hmotnostní číslo, které ukazuje:
- Jaderná hmotnost v jednotkách celé atomové hmotnosti (am.m.u.)
(1 amu = 1/12 hmotnosti atomu uhlíku)
- Počet nukleonů v jádře
- (A = N + Z), kde N je počet neutronů v jádře atomu
Z – číslo poplatku, které ukazuje:
- Jaderný náboj v elementárních elektrických nábojích (e.u.z.)
(1e.e.z. = elektronový náboj = 1,6 x 10-19 C)
- Počet protonů
- Počet elektronů v atomu
- sériové číslo v periodické tabulce
Hmotnost jádra je vždy menší než součet hmotnosti volných protonů a neutronů, které jsou v nich uloženy.
To je vysvětleno skutečností, že protony a neutrony v jádře jsou silně přitahovány jeden k jednomu. Chcete-li je oddělit, budete muset utratit spoustu peněz. Proto klidná energie jádra není totožná s klidnou energií zásobních částic. To je méně než množství jaderných gravitačních sil.
Rozdíl mezi hmotností jádra a součtem hmotnosti protonů a neutronů se nazývá hmotnostní defekt.
ENERGIE ATOMOVÝCH JADER
Jádra atomů jsou silně propojené systémy s velkým počtem nukleonů.
K úplnému rozdělení jádra ve skladu a jejich oddělení od sebe je nutné strávit čas na robotu A.
Vazebná energie je energie potřebná k vytvoření, aby se jádro rozštěpilo na nukleony.
E odkaz = - A
Za zákonem zachování energie je spojení současně s předchozí energií, což je vidět v hodině vytvoření jádra z několika volných nukleonů.
Připojení energie Pitoma
To je energie vazby, na kterou dopadá jeden nukleon.
Protože nejlehčí jádra nejsou zachována, energie vazby je přibližně konstantní a zůstává na 8 MeV/nukleon. Prvky s hmotnostními čísly od 50 do 60 mají maximální vazebnou energii (8,6 MeV/nukleon). Jádra těchto prvků jsou nejstabilnější.
Ve světě se mění absorpce jader neutrony a vazebná energie.
Pro prvky na konci periodické tabulky se von rovná 7,6 MeV/nukleon (například pro uran).
Viditelná energie ze štěpení a syntézy jádra
Aby bylo možné jádro rozdělit, je nutné vynaložit mnoho energie na generování jaderných sil.
Aby bylo možné syntetizovat jádro z malých částic, je nutné zvýšit coulombovské síly syntézy (na což je nutné vynaložit energii, aby se tyto částice destilovaly do velké likvidity).
Aby bylo možné jádro rozdělit a jádro syntetizovat, je nutné vynaložit energii.
Když dojde ke splynutí jádra na malé vzdálenosti, začnou na nukleon působit jaderné síly, které způsobí jejich kolaps se zrychlením.
Urychlené nukleony vibrují gama kvanta, která obsahují energii, která se snoubí s prastarou energií.
Na výstupu reakce jaderného štěpení a syntézy je viditelná energie.
Є smysl provádějí štěpení jádra a syntézu jádra, pokud je otrimuvana, pak. Energie jako výsledek štěpení a syntézy byla považována za větší, ale méně plýtvaná.
Podle harmonogramu lze zisk energie zvrátit buď rozpadem (štěpením) důležitých jader, nebo rozpuštěním lehkých jader, což lze v praxi provést.
VADA MAC
Vibrace hmotnosti jader ukazuje, že hmotnost jádra (Me) je vždy menší než součet hmotnosti uložených neutronů a protonů.
Když je jádro rozděleno: hmotnost jádra je vždy menší než hmotnost volných částic, které se usadily.
Během syntézy jádra: hmotnost jádra, které bylo vytvořeno, je vždy menší než hmotnost volných částic, které byly vytvořeny.
Defekt působí velkou energií na vazbu atomového jádra.
Hmotnostní defekt ukazuje rozdíl mezi celkovou hmotností všech nukleonů v jádře a hmotností jádra:
de Me – jádrová hmota (z dovidníku)
Z – počet protonů v jádře
mp – klidová hmotnost volného protonu (z editoru)
N – počet neutronů v jádře
mn – tichá hmotnost volného neutronu (z editoru)
Změna hmotnosti při osvětlení jádra znamená, že se mění energie nukleonového systému.
