Forțele care leagă nucleonii într-un nucleu atomic sunt mult mai mari decât cele care leagă un electron de un atom prin atracție electrostatică. Acest lucru este evidențiat de dimensiunile relative ale nucleului atomic și ale atomului (10−15 și 10−10 m, respectiv). Energia necesară pentru a scoate un nucleon din nucleu este, prin urmare, mult mai mare decât cea necesară pentru a îndepărta (sau ioniza) un electron dintr-un atom. În general, toate schimbările nucleare sunt implicate în numeroase schimbări de energie nucleară pentru fiecare reacție. Aceasta are numeroase aplicații practice.
Defect de masă
Conform experimentelor cu particule nucleare, masa totală a unui nucleu (mnuc) este mai mică decât suma maselor nucleonilor săi constituenți (protoni și neutroni). Diferența de masă, sau defectul de masă, este dată de
| (10.4) Δm = Zmp + (A − Z)mn − mnuc |
unde Zmp este masa totală a protonilor, (A − Z)mn este masa totală a neutronilor și mnuc este masa nucleului. Conform teoriei relativității speciale a lui Einstein, masa este o măsură a energiei totale a unui sistem (E = mc2). Astfel, energia totală a unui nucleu este mai mică decât suma energiilor nucleonilor săi constitutivi. Formarea unui nucleu dintr-un sistem de protoni și neutroni izolați este, prin urmare, o reacție exotermă, ceea ce înseamnă că eliberează energie. Energia emisă sau radiată în acest proces este (Δm)c2.
Acum imaginați-vă că acest proces are loc invers. În loc să formeze un nucleu, energia este introdusă în sistem pentru a rupe nucleul (Figura 10.6). Cantitatea de energie necesară se numește energia de legare totală (BE), Eb.
| ENERGIA DE LEGARE
Energia de legare este egală cu cantitatea de energie eliberată în formarea nucleului și, prin urmare, este dată de (10.5) Eb = (Δm)c2. |
Rezultatele experimentale indică faptul că energia de legare pentru un nucleu cu număr de masă A > 8 este aproximativ proporțională cu numărul total de nucleoni din nucleu, A. Energia de legare a unui nucleu de magneziu (24Mg), de exemplu, este de aproximativ două ori mai mare decât pentru nucleul de carbon (12C).
Figura 10.6 Energia de legare este energia necesară pentru a rupe un nucleu în protonii și neutronii constitutivi. Un sistem de nucleoni separați are o masă mai mare decât un sistem de nucleoni legați.
| EXEMPLUL 10.2
Defectul de masă și energia de legare a deuteronului Calculați defectul de masă și energia de legare a deuteronului. Masa deuteronului este mD = 3,34359 × 10−27 kg sau 1875,61 MeV/c2. Soluție Din ecuația 10.4, defectul de masă pentru deuteron este Δm = mp + mn – mD = 938,28 MeV/c2 + 939,57 MeV/c2 − 1875,61MeV/c2 = 2,24MeV/c2. Δm=mp+mn−mD=938,28MeV/c2+939,57MeV/c2−1875,61MeV/c2=2,24MeV/c2. Energia de legare a deuteronului este atunci Eb = (Δm)c2 = (2,24 MeV/c2)(c2) = 2,24 MeV. Peste două milioane de electroni volți sunt necesari pentru a sparge un deuteron într-un proton și un neutron. Această valoare foarte mare indică puterea mare a forței nucleare. Prin comparație, cea mai mare cantitate de energie necesară pentru a elibera un electron legat de un atom de hidrogen printr-o forță Coulomb atractivă (o forță electromagnetică) este de aproximativ 10 eV. |
Sursa: University Physics (OpenStax), acces gratuit sub licență CC BY 4.0. Traducere de Nicolae Sfetcu. © 2024 MultiMedia Publishing, Fizica, Vol. 1-3
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 2
Descoperă universul fizicii printr-o perspectivă fenomenologică captivantă!
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 1
O explorare cuprinzătoare a fizicii, combinând perspective teoretice cu fenomene din lumea reală.
Fizica atomică și nucleară fenomenologică
O incursiune captivantă în lumea fascinantă a particulelor subatomice, a nucleelor și a fenomenelor cuantice.
Lasă un răspuns