Physique moderne

Énergie de liaison du fer-56

Pic stable du fer — lisez l'énergie de liaison par nucléon B/A.

Énergie de liaison du fer-56 — simulation interactive de Physique moderne. Pic stable du fer — lisez l'énergie de liaison par nucléon B/A. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Énergie de liaison

Pic de stabilité du fer  : lisez l'énergie de liaison par nucléon B/A.

Pic de stabilité du fer  : lisez l'énergie de liaison par nucléon B/A.

• B/A maximal à Fe-56
• Défaut de masse

Mémoire d'enquête

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question de conduite

La formule de masse semi-empirique (modèle de goutte de liquide) estime l'énergie de liaison totale d'un noyau à partir de son nombre de protons Z et de son nombre de masse A. En maintenant Z fixé à 26 (fer) et en ne changeant que A, le modèle prédit-il que l'énergie de liaison augmente régulièrement avec chaque nucléon ajouté ?

Des pronostics à peser

• Oui, plus de nucléons signifie toujours plus d’énergie de liaison totale.
• Non, l'énergie de liaison dépend d'un équilibre de termes concurrents (volume, surface, Coulomb, asymétrie) qui changent différemment à mesure que A grandit, elle n'augmente donc pas simplement avec chaque nucléon ajouté.
• L’énergie de liaison diminue toujours à mesure que A augmente.

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Numéro de masse A

Ce que vous mesurez  :

• Énergie de liaison totale E_B (MeV)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage « énergie de liaison du fer » et appuyez sur Réinitialiser. Ce préréglage modélise le fer avec Z = 26 protons.
2. Activez la lecture de l’énergie de liaison.
3. Réglez le nombre de masse A pour chaque essai (Z = 26 restant fixe) et notez l'énergie de liaison totale.

Équation gouvernante

Formule de masse semi-empirique (modèle de goutte de liquide) — B = Δmc²

L'énergie de liaison d'un noyau est modélisée comme une compétition entre un terme de volume (favorisant davantage de nucléons), un terme de surface (pénalisant les nucléons à la « surface » de la goutte nucléaire), un terme de Coulomb (pénalisant la répulsion proton-proton) et un terme d'asymétrie (pénalisant le nombre inégal de protons/neutrons).

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour un essai, calculez E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A en utilisant a_v = 15.75, a_s = 17.8, a_c = 0.711, a_a = 23.7 (MeV), Z = 26. Comparez avec le tableau.
• Vos trois essais augmentent puis diminuent — E_B croît de A = 56 à A = 80, puis chute de nouveau à A = 110. Expliquez comment le terme de volume +a_vA, qui croît avec chaque nucléon ajouté, finit par être dépassé par les termes de surface et d'asymétrie, et pourquoi −a_a(A−2Z)²/A pénalise un noyau dont le nombre de neutrons dépasse largement celui de protons.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Ce même modèle de goutte de liquide explique pourquoi les noyaux très lourds (grand A) libèrent de l'énergie par fission (division) tandis que les noyaux très légers libèrent de l'énergie par fusion (combinaison) - les deux processus déplacent les noyaux vers la région d'énergie de liaison maximale par nucléon proche du fer. Expliquez pourquoi le fer se trouve près de ce pic.
• Il s'agit d'une version simplifiée de la formule de masse semi-empirique (elle omet le terme d'appariement pour le nombre de nucléons pair/impair), de sorte que ses prédictions ne correspondront pas exactement à un véritable tableau de masse nucléaire. Pourquoi les physiciens pourraient-ils encore trouver un modèle simplifié comme celui-ci utile pour l’enseignement, même en sachant qu’il n’est pas parfaitement précis ?

• 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. Bienvenue dans l'énergie de liaison du fer
2. Sélectionnez le nucléide
3. Appuyez sur Lecture
4. Maximum de liaison par nucléon
5. Ouvrez l'Inspecteur
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

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Télécharger la fiche de laboratoire →

Énergie de liaison nucléaire