Енергія зв’язку і дефект мас

Нуклони всередині ядра утримуються ядерними силами. Їх утримує певна енергія. Виміряти цю енергію безпосередньо досить складно, однак можна зробити це побічно. Логічно припустити, що енергія, яка потрібна для розриву зв’язку нуклонів в ядрі, буде дорівнює чи більше тієї енергії, яка утримує нуклони разом.

Енергія зв’язку та енергія ядра
Цю прикладену енергію вже легше виміряти. Зрозуміло, що ця величина буде дуже точно відображати величину енергії, що утримує нуклони всередині ядра. Тому мінімальна енергія, необхідна для розщеплення ядра на окремі нуклони, називається енергією зв’язку ядра.

Зв’язок маси і енергії
Ми знаємо, що будь-яка енергія пов’язана з масою тіла прямо пропорційно. Тому природно, що і енергія зв’язку ядра буде залежати від маси частинок, складових це ядро. Цю залежність встановив Альберт Ейнштейн у 1905 році. Вона носить назву закону про взаємозв’язок маси та енергії. Відповідно до цього закону внутрішня енергія системи частинок або енергія спокою пов’язана прямо пропорційно з масою частинок, що складають цю систему:

E = mc ^ 2,

Де E – енергія, m – маса,
c – швидкість світла у вакуумі.

Ефект дефекту мас
Тепер припустимо, що ми розбили ядро атома на складові його нуклони або ж забрали деяку кількість нуклонів з ядра. На подолання ядерних сил ми витратили деяку енергію, так як здійснювали роботу. У разі ж зворотного процесу – синтезу ядра, або ж додавання нуклонів до вже існуючого ядра, енергія, за законом збереження, навпаки, виділиться. При зміні енергії спокою системи частинок внаслідок яких процесів, відповідно, змінюється їх маса. Формули в даному випадку будуть наступними:

?m = (?E_0)/c ^ 2 або? E_0 = ?mc ^ 2,

Де? E_0 – зміна енергії спокою системи частинок,
?m – зміна маси частинок.

Наприклад, у разі злиття нуклонів і утворення ядра у нас відбувається виділення енергії і зменшення загальної маси нуклонів. Маса й енергія несуться виділяються фотонами. У цьому полягає ефект дефекту мас. Маса ядра завжди менша суми мас нуклонів, що складають це ядро. Чисельно дефект мас виражається наступним чином:

?m = (Zm_p + Nm_n) – M_я,

Де M_я – маса ядра,
Z – число протонів в ядрі,
N – число нейтронів в ядрі,
m_p – маса вільного протона,
m_n – маса вільного нейтрона.

Величина? m у двох наведених вище формулах – це величина, на яку змінюється сумарна маса частинок ядра при зміні його енергії внаслідок розриву або синтезу. У разі синтезу ця величина буде дефектом мас.

Існування дефекту мас підтверджено найрізноманітнішими і численними експериментами.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 2.50 out of 5)

Енергія зв’язку і дефект мас