Энергия связи атомных ядер

Энергия связи атомных ядер
Дома: §47, №227
…существуют такие тела, что прочны и вечны.
Это - вещей семена и начала в учении нашем,
То из чего получился весь мир, существующий ныне…
Первоначала вещей, таким образом, просты и плотны.
Иначе ведь не могли бы они, сохраняясь веками,
От бесконечных времён и досель восстанавливать вещи.
•Почему ядро устойчиво?
•Почему ядро гелия во многих ядерных реакциях является одним
из продуктов распада атомных ядер?
На эти и другие вопросы мы сможем ответить, изучив тему
“Энергия связи атомных ядер”.
Цель нашего урока: получить новые знания об атомном ядре,
глубже постичь скрытые тайны микромира.
Ответьте на вопросы:
а) Что такое атом?
б) Каково строение атома?
в) Из каких частиц состоит ядро?
г) Что вы знаете о зарядовой принадлежности
частиц, составляющих ядро?
Массы некоторых ядер
№
п/п
Частица или изотоп
Масса (а. е. м.)
1
2
3
4
Протон
Нейтрон
Тритий
Гелий
1,00783
1,00866
3,01605
4,00260
5
Литий
7,01601
Сравните сумму масс нуклонов ядра гелия и самого ядра.
Оказывается, Мя < (Z• mр +N•mn)
Разность [(Z•mр + N•mn) – Mя] обозначим М;
М - дефект массы.
Превышение массы нуклонов над массой ядра,
выраженное в энергетических единицах, называется
энергией связи атомного ядра.
Энергия, необходимая для полного расщепления ядра на
нуклоны без сообщения им кинетической энергии, равна
энергии связи.
В связи с соотношением Эйнштейна энергия связи
выражается формулой:
Есв = Мс2
Как велика энергия связи атомных ядер?
При образовании 4г гелия выделяется столько энергии,
сколько выделяется при полном сгорании 2т каменного угля!
Очень важную роль играет не энергия связи атомных ядер, а
удельная энергия связи – энергия связи, приходящаяся на один
нуклон.
Вспомним, как мы обозначаем число нуклонов ядра.
Получим формулу расчёта удельной энергии связи:
Еуд. = Е св./А
В среднем, Еуд. = 8МэВ. Это величина энергии отделения нуклона
от ядра или величина энергии присоединения нуклона.
А что прочнее: атом или ядро?
Энергия связи электрона в атоме водорода всего 13,6 эВ.
Конечно, прочнее ядро!
Ядро - неисчерпаемый источник энергии.
А почему ядро не “рассыпается” на нуклоны, ведь протоны
отталкиваются друг от друга?
Дело в том, что кроме сил электростатического отталкивания
между нуклонами действуют ядерные силы. Происходит
противоборство ядерных сил и сил кулоновского отталкивания.
Тогда почему одни ядра более устойчивые, чем другие?
Известный поэт В. Я. Брюсов написал:
Ещё, быть может, каждый атом Вселенная, где сто планет;
Там всё, что здесь в объёме сжатом,
Но также то, чего здесь нет.
Их меры малы, но всё та же
Их бесконечность, как и здесь;
Там скорбь и страсть, как здесь и даже
Там та же мировая спесь.
Как вы думаете, меняется ли характер электростатического
взаимодействия внутри ядра при увеличении порядкового номера?
Посмотрим на график зависимости удельной
энергии ядра от массового числа.
Где расположены самые устойчивые ядра? Назовите некоторые
элементы этой области.
Действительно, максимум удельной энергии, приблизительно
8,7Мэв, приходится на “железный пик ”.
Почему у тяжёлых ядер удельная энергия связи меньше, чем у
средних?
Конечно, при большом числе протонов велико кулоновское
отталкивание. При большом числе Z всегда Z<N; большое число
N необходимо для стабильности ядра.
Различие в энергии связи может быть использовано для
освобождения внутриядерной энергии. Существует только два
принципиально различных метода освобождение ядерной
энергии: деление тяжелых ядер, слияние очень легких ядер.
С помощью ядерной энергии можно решить энергетические
проблемы: заменить обычное топливо новым - компактным,
неисчерпаемым. Но человек пока не готов к этому.
Поэт- символист Андрей Белый еще в 1921г. в поэме “Первое
свидание” пишет:
Мир – рвался в опытах Кюри
Атомной, лопнувшею бомбой
На электронные струи
Невоплощенной гекатомбой…
Ответьте на вопросы:
• Какую энергию называют энергией связи ядра?
• Энергия связи ядра гелия 27МэВ. Какая энергия
необходима для его расщепления на нуклоны?
• Какая величина характеризует устойчивостью
ядра?
• Почему очень легкие и тяжелые ядра менее
устойчивые?
• Если нуклоны способны притягиваться друг к
другу, то почему же все ядра до сих пор не
слиплись в одно гигантское ядро?
• Нарушается ли при образовании ядра закон
сохранения массы?
Задачи для самостоятельной работы:
1) Если 1 а.е.м. соответствует 931 МэВ,
сколько МэВ соответствует 2 а.е.м?
2) Какова Есв. и Еуд. ядра 12С? Ответ получите в
МэВ.
Есть притча о старике и юноше. Сидели они на песке и смотрели
вдаль. Вдруг юноша спросил: “Вот ты знаешь намного больше
меня, но почему, тогда ты чаще сомневаешься? В ответ старик
начертил палкой на песке два круга – малый в большом и сказал: “
То, что в малом круге – это твои знания, а то, что в большом – то
мои знания. Разве не очевидно, что чем больше круг, тем больше
граница, разделяющая известное и неведомое?”
Мы знаем, почему устойчивость ядер различной массы
неодинакова; как велика энергия, “запасенная” внутри ядер,
можем сделать выводы о том, каковы перспективы использования
такой энергии.
Сегодня мы узнали многое, но еще больше нам предстоит
узнавать в будущем, ведь сказал, же Бернард Шоу, что наука
никогда не решит вопроса, не поставив при этом десятка
новых.