16.121.2021г. ГРУППА  308.  ФИЗИКА. ТЕМА « ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ АТОМНОГО ЯДРА»

        В прошлой теме говорилось о протонно-нейтронной модели  атомного ядра. Тогда возник вопрос: каким образом нуклоны удерживаются в ядре, несмотря на электростатическое отталкивание между протонами?       Силы, действующие в пределах атомных ядер, называются ядерными силами. Эти силы являются самыми мощными силами в природе. Ну а раз в ядре действуют такие мощные силы, значит, там сосредоточена значительная энергия. Эту энергию стали называть энергией связи. То есть, энергия связи – это энергия, которая потребовалась бы, чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны.

Известно, что в результате экспериментов были определены массы протона и нейтрона. Но когда начали определять массу атомных ядер, выяснилась очень интересная особенность: масса ядра атома всегда оказывалась меньше, чем сумма масс, входящих в него частиц.

Такую разницу назвали дефектом масс. То есть, дефект масс – это разность между суммарной массой нуклонов, входящих в состав атомного ядра и массой самого ядра.

Но куда же пропадает эта масса? Дело в том, что при образовании ядра была затрачена некоторая энергия. В соответствии с известным уравнением Эйнштейна, масса может превращаться в энергию, и, наоборот – энергия – в массу.

Именно таким образом можно определить энергию связи ядер. Для этого нужно дефект масс умножить на скорость света в квадрате, и мы получим энергию в джоулях

Но, обратите внимание, что в данной формуле масса должна измеряться в килограммах, а не в атомных единицах. Для удобства в атомной физике используют другую формулу: дефект масс в атомных единицах умножают на 931,5, и получают энергию в мегаэлектрон-вольтах.

Ещё одной очень важной величиной в атомной физике является удельная энергия связи. Удельная энергия связи – это энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра. Эта величина характеризует, насколько стабильны те или иные ядра атомов.

В таблице представлен график зависимости удельной энергии связи от массового числа.

Как видно из графика, легкие ядра обладают довольно малой энергией связи. К середине таблицы Менделеева энергия связи достигает максимального значения, а к концу – снова начинает убывать. То есть, для получения ядерной энергии разумно либо синтезировать легкие ядра, либо делить тяжелые ядра. Известно, что на данный момент человечество использует деление тяжелых ядер. Во многих ядерных реакторах происходит деление ядер урана. Синтез легких ядер происходит на Солнце, в результате чего освобождается колоссальное количество энергии, которое в частности передается Земле в виде света и тепла.

Основной задачей ядерной физики является получение управляемой термоядерной реакции.

 

Задача 1. Определите энергию связи ядра Fe-56 в МэВ и найдите удельную энергию 

ЗАДАНИЕ

1.  Решите задачи  (На определение энергии связи атомного ядра)

Определить энергию связи атомов элементов, используя таблицу:

1. Лития (заряд ядра – ; массовое число -7 )

2. Углерода  ( заряд ядра    +6;  массовое число – 12)

3. Кислорода     (заряд ядра  +8;   массовое число – 16)

 

2. ОТВЕТИТЬ НА ВОПРОСЫ  ТЕСТА     (СМ. НИЖЕ)

Тест. Строение атомного ядра. Ядерные силы. Энергия связи атомных ядер

1.Ядро атома состоит из элементарных частиц двух видов:

Варианты ответов

• протонов и электронов
• протонов и нейтронов
• электронов и а-частиц
• нейтронов и электронов

2.Из какого числа протонов и нейтронов соответ­ственно состоит ядро атома ртути

Варианты ответов

• 80,200
• 200,80
• 120,80
• 80,120

3. В каком варианте ответа ядра атомов обоих хими­ческих элементов являются изотопам

Варианты ответов

• а
• б
• в
• г

4. Масса покоя ядра всегда

• намного больше суммы масс покоя слагающих его протонов и нейтронов
• незначительно больше суммы масс покоя слагающих его протонов и нейтронов
• меньше суммы масс покоя слагающих его протонов и нейтронов

        равна сумме масс покоя слагающих его протонов и 

        меньше суммы масс покоя слагаемых его протонов и нейтронов;

        равна сумме масс покоя слагаемых его протонов и нейтронов. 

 

5.  Протоны и нейтроны в ядре удерживаются в ядре посредством

         - ядерных сил

       -  гравитационных сил

       -  электромагнитных сил

       - всех выше перечисленных сил

 

6.  По какой формуле можно рассчитать дефект массы

         -  ∆m  = ∆E / c²

       -  ∆m = Z m_p + Nm_n – m_я

       -  ∆m = (Zm_p + Nm_n – m_я ) c²

 

7.  По данным таблицы химических элементов Д.И. Менделеева определите число  протонов и нейтронов в ядре вольфрама  W^183,85₇₄

        - протонов -74,  нейтронов -183

        - протонов -183,  нейтронов – 74

        - протонов -74,   нейтронов  - 110

        - протонов -110,  нейтронов – 74

 

8.  Какие утверждения верны

          - ядерные силы притяжения значительно превосходят силы электростатического отталкивания протонов;

         - ядерные силы короткодействующие