Тема: Закон Эйнштейна о пропорциональности массы и энергии. Дефект масс и

и энергия связи атомных ядер.
«Очень важно не перестать задавать вопросы.
Любопытство

не случайно дано человеку».

Альберт Эйнштейн

нейтронов, подтверждалась многими экспериментальными фактами. Это свидетельствовало о справедливости протонно-нейтронной модели

строения ядра.

действием сил электростатического отталкивания между положительно заряженными протонами?

Расчеты показывают, что

нуклоны не могут удерживаться вместе за счет сил притяжения гравитационной или магнитной природы, поскольку эти силы существенно меньше электростатических.

Так, например, чтобы разделить ядро гелия на отдельные нуклоны, необходимо затратить в сотни тысяч раз больше энергии, чем для отрыва обоих его электронов от ядра.

в 100 раз больше сил электростатического взаимодействия, но уже на

расстоянии 1,4×10–14 метра они оказываются ничтожно малыми. Другими словами, ядерные силы действуют на расстояниях, сравнимых с размерами самих ядер.

В поисках ответа на вопрос об устойчивости атомных ядер ученые предположили, что между всеми нуклонами в ядрах действуют какие-то особые силы притяжения, которые значительно превосходят электростатические силы отталкивания между протонами. Эти силы назвали ядерными.

взаимодействие частиц в ядре часто называют сильными взаимодействиями.
Ядерным силам свойственно насыщение. Это

значит, что нуклоны взаимодействуют не со всеми остальными нуклонами, а лишь с некоторыми ближайшими соседями.
Так же ядерным силам свойственна зарядовая независимость. Это значит, что с одинаковой по модулю силой притягиваются друг к другу и заряженные и незаряженные частицы, т.е. сила притяжения между двумя протонами равна силе притяжения между двумя нейтронами и равна силе притяжения между протоном и нейтроном.

прямой, соединяющей центры этих зарядов.
Ядерные силы являются обменными силами. Обменные

силы имеют квантовый характер, у них нет аналога в обычной физике. Взаимодействие между нуклонами возникает вследствие обмена между ними некоторой третьей частицы. Эту частицу называют p-мезоном или пионом.

разбить ядро на отдельные, не взаимодействующие между собой нуклоны, необходимо

произвести работу по преодолению этих сил, т. е. сообщить ядру определенную энергию. И, наоборот, при соединении свободных нуклонов в ядро выделяется такая же энергия.

Минимальная энергия, необходимая для расщепления ядра на отдельные нуклоны, называется энергией связи ядра. Каким же образом можно определить величину энергии связи ядра?
Наиболее простой путь нахождения этой энергии основан на применении закона о взаимосвязи массы и энергии, открытого знаменитым ученым Альбертом Эйнштейном в 1905 г.

Согласно этому закону между массой системы частиц и энергией покоя, т. е. внутренней энергией этой системы, существует прямая пропорциональная зависимость:





где с — это скорость света в вакууме.

изменится на некоторую величину, то это повлечет за собой соответствующее

изменение массы этой системы, причем связь между этими величинами выразится равенством:

Таким образом, при слиянии свободных нуклонов в ядро в результате выделения энергии (которая уносится излучаемыми при этом фотонами) должна уменьшиться и масса нуклонов.
Другими словами, для всех элементов масса покоя ядра меньше, чем сумма масс покоя составляющих его нуклонов, если последние находятся в свободном состоянии.

нуклонов можно записать так:
Где    — это масса ядра,
 

 — это масса свободного протона,
 — это масса свободного нейтрона,
Z — число протонов в ядре;
N = A – Z — это число нейтронов в ядре.

называется дефектом масс.
Уменьшение массы при образовании ядра из свободных частиц

означает, что при этом уменьшается энергия этой системы частиц на величину энергии связи.
Наличие дефекта масс подтверждается многочисленными опытами.

и одного нейтрона. Другими словами, рассчитаем энергию, необходимую для расщепления

ядра на протон и нейтрон. Для этого определим сначала дефект масс этого ядра, взяв приближенные значения масс нуклонов и массы ядра атома дейтерия из соответствующих таблиц.

Значит, дефект массы составит

масса протона

масса нейтрона

нужно выразить в килограммах. Учитывая, что 1 атомная единица массы

равна

получим

по такому примеру: образование 1 грамма гелия сопровождается выделением такой

же энергии, как при сгорании почти целого вагона каменного угля.

ядра на отдельные нуклоны
Важной характеристикой ядра служит средняя энергия связи, приходящаяся

на один нуклон (так называемая удельная энергия связи ядра). Чем больше удельная энергия связи ядра, тем сильнее связаны между собой нуклоны, тем прочнее ядро. Результаты показывают, что для большинства ядер удельная энергия связи колеблется в пределах 8 МэВ и уменьшается для очень легких и очень тяжелых ядер.
1 эВ = 1,6 · 10-19 (в минус девятнадцатой степени) Дж

параграфе 62 учебника;
Решите задачу: Определите дефект массы и энергию связи

ядра бора 10⁵ В. Масса атома бора 10,01294 а. е. м. Для нахождения массы ядра необходимо вычесть суммарную массу электронов. Масса электрона me = 0,00055 а. е. м.

Домашнее задание