فیزیک نوین
انرژی بستگی آهن-56
قلهٔ پایدار آهن — انرژی بستگی به ازای نوکلئون B/A را بخوانید.
انرژی بستگی آهن-56 — شبیهسازی تعاملی فیزیک نوین. قلهٔ پایدار آهن — انرژی بستگی به ازای نوکلئون B/A را بخوانید. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
انرژی بستگی
قلهٔ پایدار آهن — انرژی بستگی به ازای نوکلئون B/A را بخوانید.
آهن-56 نزدیک قلهٔ انرژی بستگی به ازای نوکلئون B/A بر منحنی پایداری هستهای نشسته. همجوشی هستههای سبک و شکافت سنگینها هر دو با حرکت به سوی آهن انرژی میدهند. B(Z,A) را از مدل قطرهٔ مایع بخوانید: B/A نزدیک Fe بیشینه است — همین توضیح میدهد چرا ستارگان از آهن گذر نمیکنند و چرا قطعات شکافت پرنوتروناند.
- قلهٔ B/A در Fe-56
- کاستی جرم
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
فرمول جرم نیمهتجربی (مدل قطرهٔ مایع) انرژی بستگی کل هسته را از شمار پروتونها Z و عدد جرمی A برآورد میکند. با ثابتنگهداشتن Z روی 26 (آهن) و تغییر فقط A، آیا مدل پیشبینی میکند انرژی بستگی با هر نوکلئون افزوده پیوسته رشد کند؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- بله — نوکلئون بیشتر همیشه یعنی انرژی بستگی کل بیشتر.
- نه — انرژی بستگی به موازنهٔ جملههای رقیب (حجمی، سطحی، کولنی، عدمتقارن) بستگی دارد که با رشد A متفاوت جابهجا میشوند، پس با هر نوکلئون افزوده ساده زیاد نمیشود.
- انرژی بستگی همیشه با زیادشدن A کم میشود.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- عدد جرمی A
آنچه اندازه میگیرید:
- انرژی بستگی کل E_B (MeV)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیمی iron-binding را باز کنید و Reset را بفشارید. این پیشتنظیم آهن را با Z = 26 پروتون مدل میکند.
- قرائت انرژی بستگی را فعال کنید.
- عدد جرمی A را برای هر آزمایش تنظیم کنید (با Z = 26 ثابت) و کل انرژی بستگی را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
فرمول جرم نیمهتجربی (مدل قطره مایع) — B = Δmc²
انرژی بستگی هسته بهصورت رقابتی میان جملهٔ حجمی (به سود نوکلئون بیشتر)، جملهٔ سطحی (به زیان نوکلئونهای روی «سطح» قطرهٔ هستهای)، جملهٔ کولنی (به زیان دافعهٔ پروتون-پروتون) و جملهٔ عدمتقارن (به زیان شمار نابرابر پروتون/نوترون) مدل میشود.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A را با a_v = 15.75 و a_s = 17.8 و a_c = 0.711 و a_a = 23.7 (MeV) و Z = 26 حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- سه آزمایش شما ابتدا بالا و سپس پایین میرود — E_B از A = 56 به A = 80 بالا میرود و سپس تا A = 110 دوباره پایین میافتد. توضیح دهید چگونه جملهٔ حجم +a_vA که با هر نوکلئون افزوده رشد میکند، سرانجام توسط جملههای سطح و عدمتقارن پشت سر گذاشته میشود، و چرا −a_a(A−2Z)²/A هستهای را که شمار نوترونش بسیار جلوتر از شمار پروتونش است جریمه میکند.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- همین مدل قطرهٔ مایع توضیح میدهد چرا هستههای بسیار سنگین (A بزرگ) با شکافت و هستههای بسیار سبک با همجوشی انرژی میدهند — هر دو فرایند هستهها را به سوی ناحیهٔ قلهٔ انرژی-بستگی-بهازای-نوکلئون نزدیک آهن میبرند. توضیح دهید چرا آهن نزدیک همین قله نشسته.
- این نسخهٔ سادهشدهٔ فرمول نیمهتجربی است (جملهٔ جفتشدنی شمارهای نوکلئون زوج/فرد را حذف کرده)، پس پیشبینیهایش دقیقاً با جدول جرم هستهای واقعی نمیخواند. چرا فیزیکدانها همچنان مدل سادهشدهای مثل این را برای آموزش سودمند مییابند، با علم به ناقصبودنش؟
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — E.3 Radioactive decay
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- به بستگی آهن خوش آمدید
- انتخاب هسته
- Play را بفشارید
- بیشینهٔ بستگی به ازای نوکلئون
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.