Energia de lligam nuclear: el model de gota líquida

1 · Prediu

La fórmula de massa semiempírica (model de gota líquida) estima l'energia de lligam total d'un nucli a partir del seu nombre de protons Z i nombre de massa A. Mantenint Z fix a 26 (ferro) i canviant només A, prediu el model una energia de lligam creixent amb cada nucleó afegit?

• Sí: més nucleons sempre significa més energia de lligam total.
• No: l'energia de lligam depèn d'un balanç de termes competidors (volum, superfície, Coulomb, asimetria) que es desplacen diferent quan A creix, o sigui que no simplement augmenta amb cada nucleó afegit.
• L'energia de lligam sempre disminueix quan A augmenta.

2 · Configura

1. Obre el predefinit «Energia de lligam nuclear» i prem Restableix. Aquest predefinit modela el ferro amb Z = 26 protons.
2. Activa la lectura d'energia de lligam.
3. Defineix el nombre de massa A per a cada prova (mantenint Z = 26 fix) i enregistra l'energia de lligam total.

3 · Recull dades

Representa l'energia de lligam E_B (eix y) contra el nombre de massa A (eix x) per a les tres proves.

4 · Analitza

1. Per a una prova, calcula E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A amb a_v = 15.75, a_s = 17.8, a_c = 0.711, a_a = 23.7 (MeV), Z = 26. Compara-ho amb la taula.
2. Les teves tres proves pugen i després baixen: E_B puja d'A = 56 a A = 80 i torna a caure cap a A = 110. Explica com el terme de volum +a_vA, que creix amb cada nucleó afegit, acaba superat pels termes de superfície i asimetria, i per què −a_a(A−2Z)²/A penalitza un nucli el recompte de neutrons del qual va molt per davant del de protons.

5 · Amplia

1. Aquest mateix model de gota líquida explica per què els nuclis molt pesants (A gran) alliberen energia per fissió (divisió) mentre que els molt lleugers l'alliberen per fusió (combinació): tots dos processos mouen els nuclis cap a la regió de màxima energia de lligam per nucleó a prop del ferro. Explica per què el ferro seu a prop d'aquest pic.
2. Aquesta és una versió simplificada de la fórmula de massa semiempírica (omet el terme d'aparellament per recomptes parells/senars de nucleons), de manera que les seves prediccions no coincidiran exactament amb una taula de masses nuclears real. Per què els físics encara poden trobar útil un model simplificat així per ensenyar, tot sabent que no és perfectament precís?

La física al darrere d'aquest experiment

← Torna a l'experiment

138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles