Moderni fysiikka

Rauta-56:n sidosenergia

Vakaa rautahuippu – lue sidosenergia nuklidia kohden B/A.

Rauta-56:n sidosenergia – interaktiivinen Moderni fysiikka-simulaatio. Vakaa rautahuippu – lue sidosenergia nuklidia kohden B/A. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Sidosenergia

Vakaa rautahuippu – lue sidosenergia nuklidia kohden B/A.

Rauta-56 sijoittuu lähelle sidosenergian huippua nuklidia kohden B/A ydinvakauskäyrällä. Kevyiden ytinten fuusio ja raskaiden ytinten fissio vapauttavat molemmat energiaa liikkuessaan kohti rautaa.

• B/A huippu kohdassa Fe-56
• Massavaje

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

…ennustaako malli sidosenergian kasvavan tasaisesti jokaisen lisätyn nukleonin myötä?

Punniteltavat ennusteet

• Kyllä – enemmän nuklideja tarkoittaa aina enemmän kokonaissidosenergiaa.
• Ei – sidosenergia riippuu kilpailevien termien (tilavuus, pinta, Coulomb, epäsymmetria) tasapainosta, jotka siirtyvät eri tavoin A:n kasvaessa, joten se ei yksinkertaisesti kasva jokaisen lisätyn nuklidin myötä.
• Sidosenergia laskee aina A:n kasvaessa.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Massaluku A

Mitä mittaat:

• Kokonaissidosenergia E_B (MeV)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa raudan sidosenergia -esiasetus ja paina Nollaa. Tämä esiasetus mallintaa rautaa arvolla Z = 26 protonia.
2. Ota käyttöön sidosenergian lukema.
3. Aseta massaluku A jokaiselle suoritukselle (pitäen Z = 26 kiinteänä) ja kirjaa kokonaissidosenergia.

Hallitseva yhtälö

Massan ja energian ekvivalenssi (sidontenergia) — B = Δmc²

Massan ja energian ekvivalenssi (sidosenergia) … kilpailevat tilavuus-, pinta-, Coulombin ja epäsymmetrian termit, jotka mallintavat ydintä nestepisarana.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A arvoilla a_v = 15.75, a_s = 17.8, a_c = 0.711, a_a = 23.7 (MeV), Z = 26. Vertaa taulukkoon.
• Kolme suoritustasi nousee ja laskee sitten – E_B kiipeää arvosta A = 56 arvoon A = 80 ja laskee sitten uudelleen kohdassa A = 110. Selitä, miten tilavuustermi +a_vA, joka kasvaa jokaisen lisätyn nuklidin myötä, ohitetaan lopulta pinta- ja epäsymmetriatermeistä, ja miksi −a_a(A−2Z)²/A rankaisee ydintä, jonka neutronimäärä juoksee paljon protonimääränsä edellä.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Tämä sama pisaramalli selittää, miksi hyvin raskaat ytimet (suuri A) vapauttavat energiaa fissiossa (halkaisussa), kun taas hyvin kevyet ytimet vapauttavat energiaa fuusiossa (yhdistämisessä) – molemmat prosessit siirtävät ytimiä kohti sidosenergian huippua nuklidia kohden raudan lähellä. Selitä, miksi rauta istuu lähellä tätä huippua.
• Tämä on yksinkertaistettu versio puoliempiirisestä massakaavasta (se jättää pois paritermin parillisten/parittomien nukleonimäärien kohdalla), joten sen ennusteet eivät täsmää täsmälleen todellisen ydinmassataulukon kanssa.

• 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

1. Tervetuloa raudan sidosenergiaan
2. Valitse nuklidi
3. Paina Toista
4. Huippusidosenergia nuklidia kohden
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Ydinsidosenergia