Как найти мя в физике

Как найти мя в физике

Масса ядра измеряется в атомных единицах массы (а.е.м). За одну атомную единицу массы принимается 1/12 часть массы нейтрального атома углерода 12 С:

1а.е.м = 1.6606 10 -27 кг.

А.е.м. выражается через энергетические единицы:

1а.е.м = 1.510 -3 эрг = 1.510 -10 Дж = 931.49 МэВ

Масса ядра всегда меньше суммы масс составляющих его нуклонов.

Избыток масс Δ связан с массой атома M_ат(A,Z) и массовым числом A соотношением:

Энергия связи ядра E_св(A,Z) это минимальная энергия, необходимая, чтобы развалить ядро на отдельные, составляющие его нуклоны.

где Z — число протонов, ( A — Z) — число нейтронов, m_p — масса протона, m_n — масса нейтрона, М(A,Z) — масса ядра с массовым числом А и зарядом Z.
Энергия связи ядра, выраженная через массу атома M_ат, имеет вид:

где m_H — масса атома водорода.

Удельная энергия связи ядра ε(A, Z) это энергия связи, приходящаяся на один нуклон

На рис. 1 показана зависимость удельной энергии связи ядра ε от числа нуклонов A. Видно, что наиболее сильно связаны ядра в районе железа и никеля (A ~ 55-60). Такой ход зависимости ε(A) показывает, что для легких ядер энергетически выгодны реакции синтеза более тяжелых ядер, а тяжелых − деление на более легкие осколки.

Используется также понятие энергия связи (отделения) частицы в ядре

Энергия отделения нейтрона

Энергия отделения протона

Энергия отделения α-частицы

Как найти мя в физике

Главная

Вспомни физику:
7 класс
8 класс
9 класс
10-11 класс
видеоролики по физике
мультимедиа 7 кл.
мультимедиа 8 кл.
мультимедиа 9 кл.
мультимедиа 10-11 кл.
астрономия
тесты 7 кл.
тесты 8 кл.
тесты 9 кл.
демонстрац.таблицы
ЕГЭ
физсправочник

Азбука физики

Научные игрушки

Простые опыты

Этюды об ученых

Читатели пишут

Умные книжки

Есть вопросик?

Его величество.

Музеи науки.

Достижения.

Загляни!
На урок

ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ АТОМНЫХ ЯДЕР

Ядра атомов представляют собой сильно связанные системы из большого числа нуклонов.
Для полного расщепления ядра на составные части и удаление их на большие расстояния друг от друга необходимо затратить определенную работу А.

Энергией связи называют энергию, равную работе, которую надо совершить, чтобы расщепить ядро на свободные нуклоны.

По закону сохранения энергия связи одновременно равна энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных свободных нуклонов.

Удельная энергия связи

— это энергия связи, приходящаяся на один нуклон.

Если не считать самых легких ядер, удельная энергия связи примерно постоянна и равна 8 МэВ/нуклон. Максимальную удельную энергию связи (8,6МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60. Ядра этих элементов наиболее устойчивы.

По мере перегрузки ядер нейтронами удельная энергия связи убывает.
Для элементов в конце таблицы Менделеева она равна 7,6 МэВ/нуклон (например для урана).

Выделение энергии в результате расщепления или синтеза ядра

Для того, чтобы расщепить ядро надо затратить определенную энергию для преодоления ядерных сил.
Для того, чтобы синтезировать ядро из отдельных частиц надо преодолеть кулоновские силы отталкивания (для этого надо затратить энергию, чтобы разогнать эти частицы до больших скоростей).
То есть, чтобы провести расщепление ядра или синтез ядра надо затратить какую-то энергию.

При синтезе ядра на малых расстояниях на нуклоны начинают действовать ядерные силы, которые побуждают их двигаться с ускорением .
Ускоренные нуклоны излучают гамма-кванты , которые и обладают энергией, равной энергии связи.

На выходе реакции расщепления ядра или синтеза энергия выделяется.

Есть смысл проводить расщепление ядра или синтез ядра, если получаемая, т.е. выделенная энергия в результате расщепления или синтеза, будет больше, чем затраченная.
Согласно графику, выйгрыш в энергии можно получить или при делении (расщеплении) тяжелых ядер, или при при слиянии легких ядер, что и делается на практике.

Измерения масс ядер показывают, что масса ядра (Мя) всегда меньше суммы масс покоя слагающих его свободных нейтронов и протонов.

При делении ядра: масса ядра всегда меньше суммы масс покоя образовавшихся свободных частиц.

При синтезе ядра: масса образовавшегося ядра всегда меньше суммы масс покоя свободных частиц, его образовавших.

Дефект масс является мерой энергии связи атомного ядра.

Дефект масс равен разности между суммарной массой всех нуклонов ядра в свободном состоянии и массой ядра:

где Мя – масса ядра ( из справочника)
Z – число протонов в ядре
mp – масса покоя свободного протона (из справочника)
N – число нейтронов в ядре
mn – масса покоя свободного нейтрона (из справочника)

Уменьшение массы при образовании ядра означает, что при этом уменьшается энергия системы нуклонов.

РАСЧЕТ ЭНЕРГИИ СВЯЗИ ЯДРА

Энергия связи ядра численно равна работе, которую нужно затратить для расщепления ядра на отдельные нуклоны, или энергии, выделяющейся при синтезе ядер из нуклонов.
Мерой энергии связи ядра является дефект массы.

Формула для расчета энергии связи ядра — это формула Эйнштейна:
если есть какая-то система частиц, обладающая массой, то изменение энергии этой системы приводит к изменению ее массы.

Здесь энергия связи ядра выражена произведением дефекта масс на квадрат скорости света.

В ядерной физике массу частиц выражают в атомных единицах массы (а.е.м.)

Энергию связи можно рассчитать в Джоулях, подставляя в расчетную формулу массу в килограммах.

Однако, в ядерной физике принято выражать энергию в электронвольтах (эВ):

Просчитаем соответствие 1 а.е.м. электронвольтам:

Теперь расчетная формула энергии связи (в электронвольтах) будет выглядеть так:

ПРИМЕР РАСЧЕТА энергии связи ядра атома гелия (Не), где А = 4, Z = 2

Считаем энергию связи ядра в электронвольтах (дефект масс в а.е.м.) по преобразованной формуле

1. Расчет дефекта масс

В ядре атома гелия содержится 2 протона и 2 нейтрона, значение массы ядра гелия и масс покоя протона и нейтрона берем из справочника.

Удельная энергия связи ядра атома гелия:

, где 4 соответствует числу нуклонов в ядре атома гелия.

Другие страницы по теме «Атомная физика» за 10-11 класс:

Книги по физике
Викторина по физике

Физика в кадре

Учителю

Решение задач

Презентации

Открытый урок по физике. Тема «Энергия связи. Дефект масс». 9-й класс

Урок проводится в 9-м классе при изучении раздела «Строение атома и атомного ядра»; содержит тест для проверки знаний таких понятий, как «состав атомного ядра», «массовое число», «зарядовое число», «ядерные силы»; тест для закрепления знаний и подведения итогов по теме урока.

Цель:

Образовательные

• обобщить, систематизировать и углубить знания учащихся о ядерных силах и ядерных реакциях, знакомство учащихся с энергией связи и дефектом масс.

Воспитательные

• развитие навыков интеллектуальной коллективной работы;
• воспитание основ нравственного сознания;
• пробудить у учащихся интерес к предмету.

Развивающие

• развитие мышления;
• умение анализировать, сравнивать, делать логические выводы.

Форма урока: комбинированный урок.

Методы урока: словесные, наглядные.

ТСО: тесты, таблица Менделеева, презентация.

Ход урока

I. Оргмомент

Объяснение темы и цели урока, порядка работы на уроке.

II. Повторение изученного материала

Этап подготовки к активному и сознательному усвоению материала (актуализация знаний).

Проверочная работа ( на 7 минут)

III. Новый материал

1. Энергия связи

Прочность ядер характеризуется энергией связи. По своей величине энергия связи равна той работе, которую необходимо затратить для разрушения ядра на составляющие его нуклоны без придания им кинетической энергии. Такое же количество энергии освобождается при образовании ядра из нуклонов. Энергия связи ядра является разностью между энергией всех свободных нуклонов, составляющих ядро, и их энергией в ядре.

При образовании ядра происходит уменьшение его массы: масса ядра меньше, чем сумма масс составляющих его нуклонов. Уменьшение массы ядра при его образовании объясняется выделением энергии связи. Количество заключенной в веществе энергии непосредственно связано с его массой соотношением Эйнштейна

E = mc 2 .

В соответствии с этим соотношением масса и энергия представляют собой разные формы одного и того же явления. Ни масса, ни энергия не исчезают, а при соответствующих условиях переходят из одного вида в другой, т.е. любому изменению массы m системы соответствует эквивалентное изменение ее энергии Е.

Разность между суммой масс свободных нуклонов и массой ядра называется дефектом массы атомного ядра. Если ядро с массой m образовано из Z протонов с массой m_p и из (А – Z) нейтронов с массой mn, то дефект массы Δm определяется соотношением

При образовании ядра из частиц последние за счет действия ядерных сил на малых расстояниях устремляются с огромным ускорением друг к другу. Излучаемые при этом гамма-кванты как раз обладают энергией Е_св и массой m.

По дефекту массы, с помощью уравнения Эйнштейна (Е = mc 2 ) можно определить энергию, выделившуюся в результате образования ядра, т.е. энергию связи (Е_св):

4. Закрепление

а) Решение задач.

Задача 1. Вычислите дефект масс ядра кислорода 17 ₈ О.

Дано:

Решение:

из символической записи элемента 17 ₈О следует, что А = 17 и Z =8, т.е в состав ядра кислорода входит 8 протонов и 9 нейтронов:

N = A –Z = 17 – 8 = 9

Тогда выражение для дефекта масс можно записать:

∆m = (8 ∙1,6724 + 9 ∙ 1,6748 – 28,2282) ∙ 10 -27 = 1,656 ∙10 -28 кг

Ответ: ∆m = 1,656 ∙10 -28 кг

Задача 2

Найти энергию связи изотопа лития 7 ₃Li .

Решение:

Отсюда Е_cв = < Zm_p + (А – Z)m_n – М_я >∙с 2 из символической записи изотопа лития 7 ₃Li, видим, что А = 7 и Z = 3, т.е в ядре изотопа лития 7 нуклонов, из них 3 протона и 4 нейтрона (N = А – Z)

Подставив значения А и Z в выражение энергии связи, получим:

б) Вопросы на закрепление

• Какие силы действуют между нуклонами в атомном ядре?
• Что называют энергией связи атомного ядра?
• Что называют дефектом массы?
• Напишите формулу дефекта массы.
• Что называют ядрами реакциями?

IV. Итог урока

Домашнее задание: прочитать и выучить §65. Оценки за урок.

УМК:

1. Учебник А.В. Перышкин, Е.М. Гутник (9 класс).
2. Дидактические материалы «Физика» 7, 8, 9 классы. Авторы: А.Е.Марон, Е.А.Марон.
3. Сборник вопросов и задач по физике. 7-9 классы. Авторы: А.Е.Марон, С.В.Позойский, Е.А.Марон.
4. Тематическое и поурочное планирование. 7, 8, 9 классы. Авторы: Е.М.Гутник, Е.В.Рыбакова.

Найти массу ядра, найти дифект массы и энергию??

Масса покоя ядра Мя всегда меньше суммы масс покоя слагающих его протонов и нейтронов (нуклонов) . Разность между суммой масс протонов и нейтронов и массой ядра атома и называется дефектом массы. Δ М = Zm(p) + Nm(n) — Mя. Так как масса ядра, образовавшегося из нуклонов (протонов и нейтронов) , уменьшилась, то это означает, что уменьшилась и энергия системы на величину энергии связи:
Есв = ΔМ &middot с&sup2 = (Zm(p) + Nm(n) — M(я) &middot с&sup2 . Удельная энергия связи — это энергия связи, приходящаяся на один нуклон. Для этого надо разделить энергию связи ядра на количество нуклонов в нем. Вычисления в СИ (масса в кг, скорость света в м/с) дадут ответ для энергии связи и удельной энергии — в Джоулях. Но для малых энергий введена более удобная единица измерения — электрон-вольт. 1эВ = 1,6 &middot 10^-19степени Дж. Тогда упрощаются и вычисления: коэффициент взаимосвязи массы и энергии равен 931,5МэВ/а. е. м. Следовательно, вычисления проводятся по формуле: Есв = 931,5 МэВ/а. е. м. &middot ΔМ. Но при этом массы ядра атома и нуклонов надо брать в а. е. м. , а не в кг. В таблицах приводят массы нейтральных атомов. Чтобы найти массу ядра, необходимо вычесть суммарную массу электронов (тоже в а. е. м. )
Для примера — возьмём атом кислорода. У кислорода — два изотопа. Выберем основной, с атомной массой 16. Все необходимые данные — в таблицах. Масса нейтрального атома кислорода&sup16 : m (ат) = 15,99491а. е. м. ; m (э) = 0,00055а. е. м. ; m (р) =1,00728а. е. м. ; m(n) = 1,00866 а. е. м. По действиям: 1). находим сумму масс электронов: 8 &middot 0,00055 = 0,0044; 2). находим массу атомного ядра: 15,99491 — 0,0044 = 15,99051; 3). число нейтронов N = A — Z; N = 16 — 8 = 8; 4). сумма масс протонов: 8 &middot 1,00728 = 8,05824; 5).сумма масс нейтронов: 8 &middot 1,00866 = 8,06928; 6). сумма масс нуклонов: 8,05824 + 8,06928 = 16,12752; 7). определяем дефект массы 16,12752 — 15,99051 = 0,13701; 8). энергия связи 931,5 &middot 0,13701 = 127,624815 (МэВ) ; 9). удельная энергия связи 127,62481 : 16 = 7,976550938(МэВ/а. е. м.) ; Округлив полученные результаты, получим: дефект массы равен 0,137 а. е. м. ; энергия связи атома 127,6 МэВ; удельная энергия связи 8 МэВ/а. е. м.

Источник: Удачи &#9773

Остальные ответы

Похожие вопросы