Единицы измерения энергии

Дефект массы ядра

Опытным путём было доказано, что масса ядра оказывается меньше, чем масса протонов и нейтронов, из которых состоит ядро. Разница между этими массами называется дефектом массы ядра.

Дефект массы ядра ( Δm ) — это разница между суммарной массой свободных нуклонов, из которых состоит ядро, и массой ядра.

Δm=Zmp+Nmn−m я.

Почему же масса нуклонов, связанных ядерными силами в ядро, оказывается меньше массы этих же нуклонов в свободном состоянии? Оказывается, что масса и энергия взаимосвязаны.

Всякое тело массой m обладает энергией, которая называется энергией покоя ( E0 ):

E0=mc2, где c — скорость света в вакууме.

Впервые соотношение между энергией и массой вывел Альберт Эйнштейн, поэтому это выражение и получило название уравнение Эйнштейна.

Энергия связи

Уменьшение энергии покоя нуклонов в ядре вызвано наличием ядерных сил, которые удерживают протоны и нейтроны в ядре. Работа, которую необходимо совершить для разрыва ядерных сил и разъединения нуклонов, равна энергии, которая связывает нуклоны вместе. Эта энергия называется энергией связи (E св) ядра.

Энергия связи и дефект массы ядра связаны между собой уравнением Эйнштейна: E св =Δm*c2.

Удельной энергией связи ядра называют энергию связи, приходящуюся на 1 нуклон: f=E св / A.

Удельная энергия равна средней энергии, необходимой для отрыва 1 нуклона от ядра.

Вычисления показали, что наибольшей удельной энергией связи обладают элементы, находящиеся в центре Периодической системы химических элементов. С увеличением порядкового номера начинает уменьшаться удельная энергия связи. Именно поэтому ядра элементов с порядковым номером больше 83 являются радиоактивными. Благодаря небольшой удельной энергии связи они способны самопроизвольно распадаться.

Единицы измерения энергии

В ядерной физике принято измерять энергию в мегаэлектронвольтах (1 МэВ):

1 МэВ = 106 эВ ≈1,6⋅10−13 Дж.

Для вычисления энергии связи удобно пользоваться переводным коэффициентом для массы и энергии.

Дефекту массы в 1 а. е. м. соответствует энергия, равная

ΔE=Δmc2≈1,66⋅10−27 кг ⋅(3⋅108 м/с)2≈1,49⋅10−10 Дж =931,5 МэВ,

1 а. е. м. =1,66⋅10−27 кг для перевода массы из а. е. м. в СИ в кг

Обрати внимание!

Для выражения изменения энергии системы в мегаэлектронвольтах нужно
изменение массы системы в атомных единицах массы умножить на переводной коэффициент 931,5 МэВ/а. е. м.

1 а. е. м. = 931,5 МэВ.

3..См. образцы решения задач на видео и фото