Ядрена енергия на свързване: модел на течната капка
1 · Предскажи
Полуемпиричната формула за маса (модел на течната капка) оценява пълната енергия на свързване на ядро от броя протони Z и масовото число A. При фиксирано Z = 26 (желязо) и промяна само на A, предсказва ли моделът енергия на свързване, нарастваща стабилно с всеки добавен нуклон?
- Да — повече нуклони винаги значат повече пълна енергия на свързване.
- Не — енергията на свързване зависи от баланс на съревновващи се членове (обем, повърхност, Кулон, асиметрия), които се изместват различно с нарастване на A, така че не нараства просто с всеки добавен нуклон.
- Енергията на свързване винаги намалява с нарастване на A.
2 · Постановка
- Отвори настройката желязна свързаност и натисни Нулирай. Тази настройка моделира желязо с Z = 26 протона.
- Включи показанието за енергия на свързване.
- Задай масовото число A за всеки опит (с фиксирано Z = 26) и запиши пълната енергия на свързване.
3 · Събери данни
| Масово число A | Пълна енергия на свързване E_B (MeV) |
|---|---|
| 56 | |
| 80 | |
| 110 |
Чертай енергията на свързване E_B (ос y) спрямо масовото число A (ос x) за трите си опита.
4 · Анализирай
- За един опит изчисли E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A с a_v = 15.75, a_s = 17.8, a_c = 0.711, a_a = 23.7 (MeV), Z = 26. Сравни с таблицата.
- Трите ти опита се качват и после падат — E_B се изкачва от A = 56 до A = 80, после пака пада до A = 110. Обясни как обемният член +a_vA, който расте с всеки добавен нуклон, накрая е изпреварен от повърхностния и асиметричния член, и защо −a_a(A−2Z)²/A наказва ядро, чиито неутрони изтичат далеч напред от протоните.
5 · Надгради
- Същият модел на течната капка обяснява защо много тежки ядра (голямо A) освобождават енергия чрез делене (разделяне), докато много леки ядра освобождават енергия чрез сливане — и двата процеса местят ядра към пиковата област на енергия на свързване на нуклон близо до желязото. Обясни защо желязото седи близо до този пик.
- Това е опростена версия на полуемпиричната формула за маса (пропуска члена за сдвояване при четни/нечетни бройки нуклони), така че предсказанията ѝ няма да съвпаднат точно с реална ядрена масова таблица. Защо физиците биха намирали все пак опростен модел като този за полезен за преподаване, знаейки, че не е перфектно точен?
Физиката зад този експеримент
Еквивалентност маса–енергия (енергия на свързване)
Масата на ядрото е по-малка от сборът на отделните му протони и неутрони — тази липсваща маса Δm се превръща в енергия на свързване чрез B = Δmc², енергията, която държи ядрото свързано. Самата стойност на Δm (а оттам и B) идва от конкуриращите обемен, повърхностен, кулонов и асиметричен член на полуемпиричната формула за масата, моделираща ядрото като течна капка.
Съвременна физика
- Фотоелектричен ефект: рязък енергиен праг
- Фотоелектричен ефект: спиращ потенциал
- Истинска фотоклетка: работата на излизане на натрия
- Комптоново разсейване: отместване на дължината на вълната при 90°
- Комптоново разсейване: максимум при обратно разсейване
- Комптоново разсейване: сравнение при малък ъгъл
- Серията на Балмер: видими спектрални линии на водорода
- Серията на Лиман: ултравиолетови линии на водорода
- Серията на Пашен: инфрачервени линии на водорода
- Радиоактивен разпад: датчиране с въглерод-14
- Медицински радиоизотопи: краткият период на полуразпад на технеций-99m
- Вълни на материята на дьо Бройл: дължината на вълната на електрон