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
Puoliempiirinen massakaava (pisaramalli) arvioi ytimen kokonaissidosenergian sen protonimäärästä Z ja massaluvusta A. Pitäen Z kiinteänä arvossa 26 (rauta) ja muuttamalla vain A:ta, ennustaako malli sidosenergian kasvavan tasaisesti jokaisen lisätyn nuklidin 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
- Avaa raudan sidosenergia -esiasetus ja paina Nollaa. Tämä esiasetus mallintaa rautaa arvolla Z = 26 protonia.
- Ota käyttöön sidosenergian lukema.
- Aseta massaluku A jokaiselle suoritukselle (pitäen Z = 26 kiinteänä) ja kirjaa kokonaissidosenergia.
Hallitseva yhtälö
Puoliempiirinen massakaava (pisaramalli) — B = Δmc²
Ytimen sidosenergia mallinnetaan kilpailuna tilavuustermin (suosien enemmän nuklideja), pintatermin (rankaisien ytimen ”pinnalla” olevia nuklideja), Coulomb-termin (rankaisien protoni-protoni-repulsion) ja epäsymmetriatermin (rankaisien erisuuruisia protoni/neutronimääriä) välillä.
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 nuklidimäärien kohdalla), joten sen ennusteet eivät täsmää täsmälleen todellisen ydinpöydän kanssa. Miksi fyysikot silti pitäisivät näin yksinkertaistettua mallia hyödyllisenä opetuksessa, vaikka tietäisivät, ettei se ole täydellisen tarkka?
- 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
- Tervetuloa raudan sidosenergiaan
- Valitse nuklidi
- Paina Toista
- Huippusidosenergia nuklidia kohden
- Avaa Ominaisuudet-paneeli
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →