Ядерные силы. Дефект массы и энергия связи ядра

Физика ПА64

Лекция по темам приведена ниже. Сделать конспект лекции. Выполнить задания после каждого блока лекции.

Ссылка на конспект приведена для того, чтобы модно было посмотреть тему в учебнике.

https://rabochaya-tetrad-uchebnik.com/fizika/uchebnik_fizika_11_klass_myakishev_buhovcev_charugin/index.html

Ядерные силы. Дефект массы и энергия связи ядра.

Для того, чтобы атомные ядра были устойчивыми, протоны и нейтроны должны удерживаться внутри ядер огромными силами, во много раз превосходящими силы кулоновского отталкивания протонов. Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными. Они представляют собой проявление самого интенсивного из всех известных в физике видов взаимодействия – так называемого сильного взаимодействия. Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электростатические силы и на десятки порядков превосходят силы гравитационного взаимодействия нуклонов. Важной особенностью ядерных сил является их короткодействующий характер. Ядерные силы заметно проявляются, как показали опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц, лишь на расстояниях порядка размеров ядра (10^–12–10^–13 см). На больших расстояниях проявляется действие сравнительно медленно убывающих кулоновских сил.

На основании опытных данных можно заключить, что протоны и нейтроны в ядре в отношении сильного взаимодействия ведут себя одинаково, т. е. ядерные силы не зависят от наличия или отсутствия у частиц электрического заряда.

Важнейшую роль в ядерной физике играет понятие энергии связи ядра.

Энергия связи ядра равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы. Из закона сохранения энергии следует, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.

Энергию связи любого ядра можно определить с помощью точного измерения его массы. В настоящее время физики научились измерять массы частиц – электронов, протонов, нейтронов, ядер и др. – с очень высокой точностью. Эти измерения показывают, что масса любого ядра Mя всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов:

Mя < Zmp + Nmn.

Разность масс ΔM = Z·m_p + N·m_n – Mя. называется дефектом массы.

По дефекту массы с помощью формулы Эйнштейна E = mc² можно определить энергию, выделившуюся при образовании данного ядра, т. е. энергию связи ядра Eсв:

Eсв = ΔMc² = (Z·m_p + N·m_n – Mя)c², Дж

Рассчитать энергию связи ядра атома удобнее по формуле

Eсв = (Z·m_p + N·m_n – Mя) 931, МэВ

Эта энергия выделяется при образовании ядра в виде излучения γ-квантов.

В этой формуле:

Z - число протонов в ядре – номер элемента в таблице Менделеева

N= А - Z – число нейтронов в ядре (атомная масса минус число протонов)

А – округленная атомная масса элемента в таблице Менделеева

m_p = 1.0073 а.е.м.

m_n = 1.0087 а.е.м.

М_я - масса элемента (полностью) в таблице Менделеева.

В физике атомного ядра энергию связи часто выражают в удельных единицах- количество энергии приходящееся на один нуклон (одну заряженную частицу)