Энергия связи атомных ядер. Связь массы и энергии

1.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ
РАДИОАКТИВНЫХ
ИЗЛУЧЕНИЙ

2.

Энергия связи
атомных ядер. Связь
массы и энергии.
Физика
9 класс

3.

Строение атомного ядра
Вы уже знаете, из чего состоит ядро атома; давайте вспомним.
Массовое число (общее число нуклонов
в ядре) A = Z + N
Число нейтронов в
ядре:
N = A-Z
Ядро состоит из:
Протон (Z)
++
+ +
Нейтрон (N)
Электрон (e)
В ядре сосредоточено 99,96 % массы атома.

4.

Ядерные силы
Из законов электростатики известно, что разноименные заряды притягиваются, а
одноименные отталкиваются. Почему же тогда протоны, обладая
положительным зарядом, остаются внутри ядра, а не разлетаются под действием
кулоновских сил?
Fя
Fя
+q
Fк
+q
Fк
Протоны внутри ядра,
находясь на малых
расстояниях друг от друга,
удерживаются ядерными
силами, превышающими
электростатические.
Ядерные силы в сотни раз сильнее электростатических. Сильное взаимодействие
ослабевает по мере увеличения расстояния между объектами, и скорость
убывания ядерных сил выше, чем у электростатических.

5.

Энергия связи атомного ядра
Под энергией связи ядра понимают ту энергию, которая необходима для полного
расщепления ядра на отдельные частицы.
На основании закона сохранения энергии можно утверждать, что энергия связи
равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных
частиц.
Энергия связи атомных ядер
очень велика. Например,
образование 4 граммов
гелия сопровождается
выделением такой же
энергии, что и сгорание
порядка двух вагонов
каменного угля.
+
+
++
++ ++
+ +
++

6.

Энергия связи
Альберт Эйнштейн открыл закон о взаимосвязи массы и энергии:
E0 = mc2
где E0 – энергия покоя тела
массой m
Следуя логике, энергия покоя
ядра должна быть равна
суммарной энергии покоя всех
частиц, его составляющих,
однако это не так.
c – скорость света в вакууме,
300000 км/с
E0
++

7.

Опытным путем было доказано, что масса ядра (Mя) всегда немного меньше
суммарной массы нуклонов (Mp + Mn), из которых оно состоит.
Mя ˂ Zmp + Nmn
Mn = (A – Z) ∙ mn
Mp = Z ∙ mp
Z – зарядовое число атома
A – атомная масса
mp – масса протона
mn – масса нейтрона

8.

Дефект массы ядра
Разница между суммарной массой нуклонов (Mp + Mn) и массой ядра (Mя)
называется дефектом масс.
∆m = (Mp + Mn) - Mя
Mя = (Mp + Mn) - ∆m
∆m = Zmp + Nmn - mя
∆ - греческая буква «дельта»; ей обычно обозначают изменение какой-либо
величины, отсюда:
значит, энергия покоя ядра будет рассчитываться по формуле:
E0= mя ∙ c2 = ((Mp + Mn) - ∆m) ∙ c2
Eсв= (Zmp + Nmn - mя) ∙ c2

9.

Удельная энергия связи
Удельной энергией связи ядра называют энергию связи, приходящуюся на один
нуклон:
Eуд=
Eсв
A
Удельная энергия равна средней энергии, необходимой
для отрыва одного нуклона от ядра.
Вычисления показали, что наибольшей энергией связи обладают
элементы, находящиеся в центре таблицы Менделеева; с
увеличением порядкового номера начинает уменьшаться удельная
энергия связи. Поэтому ядра элементов с порядковым номером
больше 83 являются радиоактивными. В связи с небольшой
удельной энергией связи они способны самопроизвольно
распадаться.

10.

График удельной энергии связи
МэВ