Vazebná energie jádra: model kapky
1 · Predikuj
Semiempirický hmotnostní vzorec (model kapky) odhaduje celkovou vazebnou energii jádra z počtu protonů Z a nukleonového čísla A. Při držení Z pevně na 26 (železo) a měnění jen A — predikuje model stálý růst vazebné energie s každým přidaným nukleonem?
- Ano — víc nukleonů vždy znamená víc celkové vazebné energie.
- Ne — vazebná energie závisí na rovnováze soutěžících členů (objem, povrch, Coulomb, asymetrie), které se posouvají různě, jak A roste, takže prostě neroste s každým přidaným nukleonem.
- Vazebná energie vždy klesá, jak A roste.
2 · Sestavení
- Otevři předvolbu iron-binding a stiskni Resetovat. Tato předvolba modeluje železo s Z = 26 protony.
- Zapni odečet vazebné energie.
- Nastav nukleonové číslo A pro každý pokus (Z = 26 pevně) a zapiš celkovou vazebnou energii.
3 · Sbírej data
| Nukleonové číslo A | Celková vazebná energie E_B (MeV) |
|---|---|
| 56 | |
| 80 | |
| 110 |
Vynes vazebnou energii E_B (osa y) proti nukleonovému číslu A (osa x) pro své tři pokusy.
4 · Analyzuj
- Pro jeden pokus spočti E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A s a_v = 15.75, a_s = 17.8, a_c = 0.711, a_a = 23.7 (MeV), Z = 26. Porovnej s tabulkou.
- Tvé tři pokusy stoupají a pak klesají — E_B stoupá z A = 56 na A = 80, pak zase klesá k A = 110. Vysvětli, jak objemový člen +a_vA, který roste s každým přidaným nukleonem, je nakonec překonán povrchovým a asymetrickým členem a proč −a_a(A−2Z)²/A penalizuje jádro, jehož počet neutronů běží daleko před počtem protonů.
5 · Rozšiř
- Tentýž model kapky vysvětluje, proč velmi těžká jádra (velké A) uvolňují energii štěpením, zatímco velmi lehká jádra ji uvolňují fúzí (kombinováním) — oba procesy posouvají jádra k vrcholové oblasti vazebné energie na nukleon poblíž železa. Vysvětli, proč železo sedí poblíž tohoto vrcholu.
- Tohle je zjednodušená verze semiempirického hmotnostního vzorce (vynechává párovací člen pro sudé/liché počty nukleonů), takže jeho predikce přesně neodpovídají skutečné jaderné hmotnostní tabulce. Proč by fyzikové mohli takový zjednodušený model pořád shledávat užitečným pro výuku, i když vědí, že není dokonale přesný?
Fyzika za tímto experimentem
Semiempirický vzorec hmotnosti (model kapky)
Vazebná energie jádra je modelována jako soutěž mezi objemovým členem (preferujícím víc nukleonů), povrchovým členem (penalizujícím nukleony na „povrchu“ jaderné kapky), Coulombovým členem (penalizujícím odpuzení proton-proton) a asymetrickým členem (penalizujícím nestejné počty protonů/neutronů).
Moderní fyzika
- Fotoelektrický jev: ostrý energetický práh
- Fotoelektrický jev: brzdové napětí
- Skutečná fotobuňka: výstupní práce sodíku
- Comptonův rozptyl: posun vlnové délky při 90°
- Comptonův rozptyl: maximální posun při zpětném rozptylu
- Comptonův rozptyl: srovnání při mělkém úhlu
- Balmerova série: viditelné spektrální čáry vodíku
- Lymanova série: ultrafialové čáry vodíku
- Paschenova série: infrared čáry vodíku
- Radioaktivní přeměna: datování uhlíkem-14
- Lékařské radioizotopy: krátký poločas technecia-99m
- De Broglieho hmotné vlny: vlnová délka elektronu