Energi Ikat Inti
Sebuah inti atom memiliki massa yang sedikit lebih ringan daripada jumlah proton dan neutron penyusunnya secara terpisah. Massa yang hilang itu tidak menghilang begitu saja — ia menjadi energi ikat yang menyatukan inti itu. Inti besi terikat paling kuat di antara semua unsur, itulah sebabnya menggabungkan inti ringan atau memecah inti berat sama-sama melepaskan energi saat bergerak menuju besi.
Rumus
E = Δm · c²
- E — energi ikat (J): energi yang dilepaskan atau dibutuhkan untuk menyatukan inti itu
- Δm — defek massa (kg): massa yang hilang dibandingkan dengan proton dan neutron terpisah
- c — kecepatan cahaya (m/s): konstanta yang sangat besar, sekitar tiga kali sepuluh pangkat delapan meter per detik
Contoh yang diselesaikan
Sebuah inti kehilangan 0,01 kilogram massa dibandingkan dengan proton dan neutron terpisahnya. Berapa banyak energi ikat yang diwakili massa yang hilang itu?
- 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
Uji diri Anda
Inti lain kehilangan 0,02 kilogram massa. Berapa banyak energi ikat yang diwakili itu?
- Jawaban benar: 1.8×10¹⁵ J
- 4.5×10¹⁴ J
- 1.8×10¹⁶ J
Tepat sekali — energi berskala langsung dengan massa yang hilang: 0.02 kg × (3×10⁸ m/s)² = 1.8×10¹⁵ joule.
Besi berada di puncak kurva energi ikat. Apa artinya itu bagi fusi dan fisi?
- Hanya fusi yang melepaskan energi; fisi di dekat besi menyerapnya
- Hanya fisi yang melepaskan energi; fusi di dekat besi menyerapnya
- Jawaban benar: Baik fusi maupun fisi melepaskan energi saat bergerak menuju besi
Benar — unsur yang lebih ringan dari besi melepaskan energi dengan bergabung bersama, dan unsur yang lebih berat dari besi melepaskan energi dengan memecah, keduanya bergerak menuju inti besi yang terikat kuat.
Di mana Anda melihatnya
Matahari mengubah sekitar 4 juta ton massanya sendiri menjadi cahaya setiap detik dengan melakukan fusi hidrogen menuju kawasan besi; pembangkit nuklir berjalan ke arah sebaliknya, memecah uranium yang berat dan membiarkan serpihan-serpihannya menanggalkan massa sebagai energi. Keduanya meluncur turun di lereng yang sama — menuju besi, inti yang terikat paling kuat dari semua.
Kesalahan umum
Kejutan yang harus dihafal: besi berada di PUNCAK kurva energi ikat, jadi BAIK menggabungkan inti-inti ringan MAUPUN memecah inti-inti berat sama-sama melepaskan energi — apa pun yang bergerak menuju besi menang. Dan penetapan harganya tidak kenal ampun: E = Δm · c², jadi 0.02 kg massa yang hilang sama dengan 0.02 × (3×10⁸ m/s)² = 1.8×10¹⁵ J — menggandakan massa yang hilang menggandakan energinya, dan c²-lah alasan mengapa 'massa kecil' tidak pernah berarti 'energi kecil'.
Bagaimana ini terhubung
Ini menutup modul dengan mengikat dua pilarnya menjadi satu: mekanika kuantum menjelaskan inti mana yang cukup stabil untuk sekadar bertahan diam dan inti mana yang meluruh (pelajaran sebelumnya), dan E = Δm · c² dari relativitas — saudara termasyhur dari dilatasi waktu — mengubah selisih massa menjadi energi yang benar-benar dilepaskan oleh bintang, reaktor, dan inti-inti tak stabil.