Tuumaseoseenergia
Tuum kaalub veidi vähem kui tema eraldi protonite ja neutronite summa. See puuduv mass ei kadunud — temast sai seoseenergia, kes tuhma koos hoiab. Raua tuum on kõigest mis tahes elemendist kõige tugevamini seotud, seepärast nii kergete tuumade sulandumine kui raskete tuumade lõhustamine vabastavad mõlemad energiat, kui nad raua poole liiguvad.
Valem
E = Δm · c²
- E — seoseenergia (J): energia, mis vabaneb või on vaja tuuma koos hoidmiseks
- Δm — massidefekt (kg): mass, mis puudub võrreldes eraldi protonite ja neutronitega
- c — valguskiirus (m/s): tohutu konstant, umbes kolm korda kümme kaheksandasse meetrit sekundis
Lahendatud näide
Tuumalt puudub 0,01 kilogrammi massi võrreldes tema eraldi protonite ja neutronitega. Kui palju seoseenergiat see puuduv mass tähistab?
- Δm = 0.01 kg
- c = 3×10⁸ m/s
- E = Δm · c²
- E = 0.01 kg · (3×10⁸ m/s)²
E = 9×10¹⁴ J
Kontrolli end
Teiselt tuumalt puudub pigem 0,02 kilogrammi massi. Kui palju seoseenergiat see tähistab?
- Õige vastus: 1.8×10¹⁵ J
- 4.5×10¹⁴ J
- 1.8×10¹⁶ J
Täpselt — energia skaleerub otse puuduva massiga: 0.02 kg × (3×10⁸ m/s)² = 1.8×10¹⁵ džauli.
Raud istub kõige tipus seoseenergia kõveral. Mida see tähendab sulandumisele ja lõhustumisele?
- Ainult sulandumine vabastab energiat; lõhustumine raua lähedal neelab selle
- Ainult lõhustumine vabastab energiat; sulandumine raua lähedal neelab selle
- Õige vastus: Nii sulandumine kui lõhustumine vabastavad energiat, kui nad raua poole liiguvad
Õige — rauast kergemad elemendid vabastavad energiat kokku sulandudes ja rauast raskemad elemendid vabastavad energiat lahku lõhustudes, mõlemad liikudes raua tugevalt seotud tuuma poole.
Kus sa seda näed
Päike muundab umbes 4 miljonit tonni omaenda massist valguseks iga sekundiga, sulandades vesinikku raua naabrusesse; tuumaelektrijaam jookseb teises suunas, lõhustades raske uraani ja lastes fragmentidel massist energiana lahti lasta. Mõlemad liuglevad üle sama nõlva — raua, kõige tugevamini seotud tuuma poole.
Tüüpilised vead
Omandamise üllatus: raud istub seoseenergia kõvera TIPUS, seega NII kergete tuumade sulandamine kui raskete lõhustamine vabastavad energiat — kõik, kes raua poole liiguvad, võidavad. Ja hinnakujundus on armutu: E = Δm · c², seega 0.02 kg puuduvat massi on 0.02 × (3×10⁸ m/s)² = 1.8×10¹⁵ J — puuduva massi kahekordistamine kahekordistab energia ja c² on põhjus, miks „tilluke mass“ ei tähenda iial „tillukest energiat“.
Kuidas see seondub
See sulgeb mooduli, sidudes selle kaks sambat kokku: kvantmehaanika selgitab, millised tuumad on piisavalt stabiilsed, et istuda, ja millised lagunevad (eelmine tund), ja relatiivsuse E = Δm · c² — aeglasenemise kuulus õde — muundab masside vahe energiaks, mida tähed, reaktorid ja ebastabiilsed tuumad tegelikult vabastavad.