الفيزياء الحديثة
طاقة ارتباط الحديد-56
قمة الحديد المستقرة — اقرأ طاقة الربط لكل نوكليون B/A.
طاقة ارتباط الحديد-56 — محاكاة الفيزياء الحديثة تفاعلية. قمة الحديد المستقرة — اقرأ طاقة الربط لكل نوكليون B/A. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
طاقة الربط
قمة الحديد المستقرة — اقرأ طاقة الربط لكل نوكليون B/A.
يجلس الحديد-56 قرب ذروة طاقة الربط لكل نوكليون B/A على منحنى الاستقرار النووي. اندماج الأنوية الخفيفة وانشطار الثقيلة كلاهما يطلق طاقة بالتحرك نحو الحديد. اقرأ B(Z,A) من نموذج القطرة السائلة: B/A أقصى ما يكون قرب Fe، ما يفسر توقف النجوم عن الاندماج بعد الحديد وغنى شظايا الانشطار بالنيوترونات.
- ذروة B/A عند Fe-56
- النقص الكتلي
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
تقدّر صيغة الكتلة شبه التجريبية (نموذج القطرة السائلة) طاقةَ الربط الكلية للنواة من عدد بروتوناتها Z ورقمها الكتلي A. بتثبيت Z عند 26 (الحديد) وتغيير A وحده، هل يتنبأ النموذج بازدياد طاقة الربط باطراد مع كل نوكليون مضاف؟
توقعات للموازنة
- نعم — مزيد من النوكليونات يعني دائمًا طاقة ربط كلية أكبر.
- لا — تعتمد طاقة الربط على توازن حدود متنافسة (حجم، وسطح، وكولوم، وعدم تناظر) تتحول بشكل مختلف مع نمو A، فهي لا تزداد ببساطة مع كل نوكليون.
- طاقة الربط تتناقص دائمًا مع ازدياد A.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الرقم الكتلي A
ما تقيسه:
- طاقة الربط الكلية E_B (MeV)
كيف يجري التحقيق
- افتح مسبق ارتباط الحديد واضغط إعادة الضبط. يمذج هذا المسبق الحديد بـ Z = 26 بروتونًا.
- فعّل قراءة طاقة الربط.
- اضبط العدد الكتلي A لكل محاولة (مع إبقاء Z = 26 ثابتًا) وسجل طاقة الربط الكلية.
المعادلة الحاكمة
صيغة الكتلة شبه التجريبية (نموذج القطرة السائلة) — B = Δmc²
تحاكي طاقة ربط النواة كتنافس بين حد الحجم (يفضل مزيدًا من النوكليونات)، وحد السطح (يعاقب النوكليونات عند «سطح» القطرة النووية)، وحد كولوم (يعاقب تنافر بروتون-بروتون)، وحد عدم التناظر (يعاقب عدم تساوي عددي البروتونات والنيوترونات).
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A باستخدام a_v = 15.75 و a_s = 17.8 و a_c = 0.711 و a_a = 23.7 (MeV) و Z = 26. قارن بالجدول.
- محاولاتك الثلاث تصعد ثم تهبط — يتسلق E_B من A = 56 إلى A = 80، ثم يهبط مجددًا عند A = 110. اشرح كيف يلحق حد الحجم +a_vA، الذي ينمو مع كل نوكليون مضاف، حدّا السطح وعدم التناظر في النهاية، ولماذا يعاقب −a_a(A−2Z)²/A نواة يركض عدد نيوتروناتها بعيدًا أمام عدد بروتوناتها.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- يفسر نموذج القطرة السائلة نفسه لماذا تُطلق الأنوية الثقيلة جدًا (A كبير) طاقةً بالانشطار (التشطر) بينما تُطلقها الخفيفة جدًا بالاندماج (التوحد) — كلاهما يحرك الأنوية نحو ذروة منطقة طاقة الربط لكل نوكليون قرب الحديد. اشرح لماذا يجلس الحديد قرب هذه الذروة.
- هذه نسخة مبسطة من صيغة الكتلة شبه التجريبية (تُغفل حد الزوجية لأعداد النوكليونات الزوجية/الفردية)، فتنبؤاتها لن تطابق جدول كتل نووية حقيقيًا بالضبط. لماذا قد يجد الفيزيائيون نموذجًا مبسطًا كهذا مفيدًا للتعليم رغم علمهم بأنه غير دقيق تمامًا؟
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — E.3 Radioactive decay
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- أهلًا بك في ارتباط الحديد
- حدد النظير
- اضغط تشغيل
- ذروة الربط لكل نوكليون
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.