Енергията на свързване на атомното ядро: формула, смисъл и определение

Всяко от атомните ядра на абсолютно всякакво химическо вещество се състои от специфичен комплект протони и неутрони. Те се държат заедно поради факта, че свързващата енергия на атомното ядро ​​присъства във вътрешността на частицата.

Характерна черта на ядрените сили на привличането е тяхната много голяма сила на относително малки разстояния (от около 10^-13см). С увеличаването на разстоянието между частиците силите на атракция в атома също отслабват.

Разсъждение за свързващата енергия вътре в ядрото

Ако си представим, че има начин да се отделят един по един от ядрото, протоните и неутроните на един атом, и ги поставете на такова разстояние, че енергията на свързване на атомното ядро ​​е преустановило дейността си, тя трябва да бъде много упорита работа. За да извлечем неговите съставки от ядрото на атома, трябва да се опитаме да преодолеем вътреатомните сили. Тези усилия ще бъдат да разделим атома в съдържащите се в него нуклеони. Следователно, може да се прецени, че енергията на атомното ядро ​​е по-малка от енергията на тези частици, от които се състои.

Масата на междуатомните частици е равна на масата на един атом?

Още през 1919 г. учените научават как да измерват масата на атомното ядро. Най-често те се "претеглят" с помощта на специални технически средства, които се наричат ​​масспектрометри. Принципът на действие на такива устройства е, че характеристиките на движението на частиците с различни маси се сравняват. В същото време такива частици имат еднакви електрически заряди. Изчисленията показват, че тези частици, които имат различни масови показатели, се движат по различни траектории.

Съвременните учени откриха с голяма точност масите на всички ядра, както и протоните и неутроните, които съставят техния състав. Ако сравним масата на определено ядро ​​с сумата от масите частици, които се съдържат в него, се оказва, че във всеки случай масата на ядрото ще бъде по-голяма от масата на отделните протони и неутрони. Тази разлика е приблизително 1% за всяко химично вещество. Следователно, можем да заключим, че свързващата енергия на атомното ядро ​​е 1% от енергията на останалото.

Свойства на вътрешните ядрени сили

Неутроните, които са вътре в ядрото, се отблъскват помежду си от силите на Кулон. Но атомът не се разбива на парчета. Това се улеснява от наличието на атрактивна сила между частиците в атома. Такива сили, които имат характер, различен от електрически, се наричат ​​ядрени сили. А взаимодействието между неутроните и протоните се нарича силно взаимодействие.

Накратко, свойствата на ядрените сили се свеждат до следното:

• това е независимост на заряда;
• действие само на кратки разстояния;
• както и насищане, което се отнася до запазването един на друг само на определен брой нуклеони.

Чрез закона за опазване на енергията, в момента, когато ядрените частици са свързани, енергията се освобождава под формата на лъчение.

Енергията на свързване на атомните ядра: формула

За горните изчисления се използва конвенционалната формула:

E_{подвързване}= (Zmiddot-m_р+(A-Z) middot-m_п-М_аз) middot-c2

Тук под E_{подвързване} се разбира свързващата енергия на ядро- с - скоростта на светлината - Z - броя на протоните - (A-Z) е броят на неутроните - m_р означава масата на протона m_п Неутронната маса. М_азозначава масата на ядрото на атома.

Вътрешната енергия на ядрата на различни вещества

За да се определи енергията на свързване на ядрото, се използва същата формула. Изчислена по формулата, свързващата енергия, както беше посочено по-горе, не е повече от 1% от общата енергия на атома или остатъчна енергия. При по-внимателно изследване обаче се оказва, че този брой варира доста силно, когато преминава от субстанция в вещество. Ако се опитаме да определим точните й стойности, тогава те ще бъдат особено различни в така наречените леки ядра.

Например, свързващата енергия във водородния атом е нула, защото в нея има само един протон. Енергията на хелиевото ядро ​​ще бъде 0,74%. В случая на ядра на материята, наречена тритий, този брой ще бъде 0.27%. При кислород - 0,85%. В ядрата, където има около шестдесет нутона, енергията на вътреатомната връзка ще бъде около 0.92%. За атомните ядра с по-голяма маса този брой постепенно ще намалее до 0.78%.

За да се определи енергията на свързване на хелий, тритий, кислород или друго вещество, се използва същата формула.

Типове протони и неутрони

Основните причини за такива разлики могат да бъдат обяснени. Учените са установили, че всички нуклони, които се съдържат в ядрото, попадат в две категории: повърхностни и вътрешни. Вътрешните нуклони са тези, които са заобиколени от други протони и неутрони от всички посоки. Повърхностните са заобиколени от тях само отвътре.

Свързващата енергия на атомното ядро ​​е сила, която е по-голяма във вътрешните нуклони. Нещо подобно, между другото, се случва с повърхностното напрежение на различни течности.

Колко нуклеона са поставени в ядрото

Установено е, че броят на вътрешните нуклеони е особено малък в така наречените леки ядра. И за тези, които принадлежат към категорията на белите дробове, почти всички нуклеони се считат за повърхностни. Смята се, че свързващата енергия на атомното ядро ​​е количество, което трябва да нараства с броя на протоните и неутроните. Но дори този растеж не може да продължи безкрайно. С определен брой нуклеони - и това е от 50 до 60 - влиза в сила друга сила - електрическото им отблъскване. Това се случва дори независимо от наличието на свързваща енергия вътре в ядрото.

Свързващата енергия на атомното ядро ​​в различни вещества се използва от учените, за да се освободи ядрената енергия.

Много учени винаги се интересуват от въпроса: откъде идва енергията, когато по-леките ядра се сливат в тежки? Всъщност тази ситуация е аналогична на атомното делене. В процеса на сливане на леки ядра, точно както се случва по време на разцепването на тежки ядра, винаги се формират ядра от по-траен тип. За да се "измъкне" от леките ядра всички нуклеони в тях, от тях се изисква да изразходват по-малко количество енергия, отколкото това, което се разпределя, когато се комбинират. Конверсионното изявление също е вярно. Всъщност енергията на синтеза, която представлява определена единица маса, може да бъде по-голяма от специфичната енергия на делене.

Учени, които са изучавали процесите на ядрено делене

Процесът ядрен делене е открит от учени Гана и Щрасман през 1938 г. В рамките на стените на Берлин Университета на химическите Изследователите открили, че в процеса на уран бомбардиране друг неутрон, тя се превръща в по-леки елементи, застанал в средата на периодичната таблица.

Значителен принос за развитието на тази област на знанието е направена от Лиза Мейтнър, когото Ган веднъж предложи да изучи заедно радиоактивността. Ган разреши на Мейтнер да работи само при условие, че ще проведе обучението си в мазето и никога няма да стигне до горните етажи, което е факт на дискриминация. Това обаче не му попречи да постигне значителни успехи в изследването на атомното ядро.