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?

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

Nombre de massa AEnergia de lligam total E_B (MeV)
56
80
110

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

Equivalència massa–energia (energia de lligam)

La massa d’un nucli és menor que la suma dels seus protons i neutrons separats — aquesta massa desapareguda Δm es converteix en energia d’enllaç mitjançant B = Δmc², l’energia que manté unit el nucli. El valor de Δm mateix (i per tant B) prové dels termes competents de volum, superfície, de Coulomb i d’asimetria de la fórmula semiempírica de masses, que modela el nucli com una gota líquida.

← Torna a l'experiment

Física moderna

138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles