Дефект массы и энергия связи ядра атома

Состав ядра атома

В 1932г. после открытия протона и нейтрона учеными Д.Д. Иваненко (СССР) и В. Гейзенберг (Германия) предложили протонно-нейтронную модель атомного ядра.
Согласно этой модели ядро состоит из протонов и нейтронов. Общее число нуклонов (т. е. протонов и нейтронов) называют массовым числом A: A = Z + N. Ядра химических элементов обозначают символом:
X – химический символ элемента.

Например, – водород, – кислород, – уран.

Для характеристики атомных ядер вводится ряд обозначений. Число протонов, входящих в состав атомного ядра, обозначают символом Z и называют зарядовым числом (это порядковый номер в периодической таблице Менделеева). Заряд ядра равен Ze, где e – элементарный заряд. Число нейтронов обозначают символом N.

Ядерные силы

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.

Ядерные силы обладают следующими свойствами:

· обладают силами притяжения;

· является силами короткодействующими (проявляются на малых расстояниях между нуклонами);

· ядерные силы не зависят от наличия или отсутствия у частиц электрического заряда.

Дефект массы и энергия связи ядра атома

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 M _я всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов:

Разность масс называется дефектом масс. По дефекту массы с помощью формулы Эйнштейна E = mc ² можно определить энергию, выделившуюся при образовании данного ядра, т. е. энергию связи ядра E _св:

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

Ядерная энергетика

В нашей стране была построена первая в мире атомная электростанция и запущена в 1954 году в СССР, в городе Обнинске. Развивается строительство мощных атомных электростанций. В настоящее время в России 10 действующих АЭС. После аварии на Чернобыльской АЭС приняты дополнительные меры по безопасности атомных реакторов.

Преимущества АЭС:

· практическая независимость от источников топлива из-за небольшого объёма используемого топлива;

· экологическая чистота при правильной эксплуатации.

Проблемы ядерной энергетики:

· тяжелые последствия аварий;

· радиоактивные отходы;

· тепловое загрязнение;

· содействие распространению ядерного оружия

· Схема работы атомной электростанции на двухконтурном водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР)

В 1932 г. советские ученые Е.Н. Гапон и Д.Д. Иваненко и немецкий физик Гайзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра атома. По этой теории все ядра состоят из двух видов частиц – протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны называются нуклонами (от лат. nucleus – ядро).

Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается буквой А. Массовое число А численно равно массе ядра, выраженной в атомных единицах массы и округленной до целых чисел.

Атомная единица массы (1 а. е. м.) равна 1/12 части массы атома углерода.

Любой химический элемент периодической таблицы Д.И. Менделеева можно представить формулой:

А - массовое число

Z - зарядовое число

Массовое число равно сумме протонов и нейтронов.

Зарядовое число – это атомный номер, который равен числу протонов в ядре.

Ядерные силы

В природе существуют четыре типа взаимодействий: гравитация, электромагнитные, сильные и слабые. Мы рассмотрим только три из них.

1. При этом типе взаимодействия тела всегда притягиваются друг к другу. Сила взаимодействия уменьшается с увеличением расстояния между телами.

Силы, которые скрепляют отдельные протоны и нейтроны в ядре называются ядерными. Законы ядерных взаимодействий – этозаконы квантовой физики, и они носят совершенно другой характер, чем уже известные нам гравитационные взаимодействия.

Минимальная энергия, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы, называется энергией связи ядра.

Ответить на вопросы:

1.    Из каких частиц состоит атомное ядро?

2.    Чему равно массовое число атома?

3.    Как называются силы, которые удерживают протоны и нейтроны в ядре?

4.    Что такое дефект масс?

5.    Что такое энергия связи ядра?

 

 

Сообщество физика https://vk.com/public194235375