Tenaga Pengikat Nuklear
Satu nukleus lebih ringan sedikit daripada jumlah proton dan neutron berasingannya. Jisim yang hilang itu tidak lenyap -- ia menjadi tenaga pengikat yang menahan nukleus bersama. Besi dipegang paling ketat daripada sebarang nukleus, sebab itulah kedua-dua pelakuran ringan dan pembelahan berat melepaskan tenaga ketika bergerak ke arahnya.
Formula
E = Δm · c²
- E — tenaga pengikat (J): tenaga yang dilepaskan atau diperlukan untuk menahan nukleus bersama
- Δm — cacat jisim (kg): jisim yang hilang berbanding proton dan neutron berasingan
- c — laju cahaya (m/s): satu pemalar besar, kira-kira tiga darab sepuluh pangkat lapan meter per saat
Contoh penyelesaian
Satu nukleus kehilangan 0.01 kilogram jisim berbanding proton dan neutron berasingannya. Berapa banyak tenaga pengikat yang diwakili jisim 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
Satu nukleus berbeza kehilangan 0.02 kilogram jisim sebaliknya. Berapa banyak tenaga pengikat yang diwakilinya?
- Jawapan betul: 1.8×10¹⁵ J
- 4.5×10¹⁴ J
- 1.8×10¹⁶ J
Tepat -- tenaga berskala terus dengan jisim yang hilang: 0.02 kg × (3×10⁸ m/s)² = 1.8×10¹⁵ joule.
Besi duduk di puncak lengkung tenaga pengikat. Apa maksudnya bagi pelakuran dan pembelahan?
- Hanya pelakuran melepaskan tenaga; pembelahan berhampiran besi menyerapnya
- Hanya pembelahan melepaskan tenaga; pelakuran berhampiran besi menyerapnya
- Jawapan betul: Kedua-dua pelakuran dan pembelahan melepaskan tenaga ketika bergerak ke arah besi
Betul -- unsur lebih ringan daripada besi melepaskan tenaga dengan melakur bersama, dan unsur lebih berat daripada besi melepaskan tenaga dengan membelah, kedua-duanya bergerak ke arah besi di puncak.
Di mana anda melihat ini
Matahari menukar kira-kira 4 juta tan jisimnya sendiri menjadi cahaya setiap saat dengan melakurkan hidrogen ke arah kejiranan besi; satu loji nuklear berjalan ke arah lain, membelah uranium berat dan menyerahkan sebahagian jisim hilangnya sebagai haba yang mendidihkan air menjadi wap.
Kesilapan biasa
Yang perlu dihafal: besi duduk di PUNCAK lengkung tenaga-pengikat, jadi KEDUA-DUA melakur nuklei ringan dan membelah yang berat melepaskan tenaga -- apa sahaja yang bergerak ke arah besi menyerahkan tenaga; melakur atau membelah menjauhi besi menyerapnya. Dan harganya tidak berbelah bahagi: E = Δm · c², jadi 0.02 kg jisim hilang ialah 0.02 × (3×10⁸ m/s)² = 1.8×10¹⁵ J -- menggandakan jisim hilang menggandakan tenaga, dan c² itulah sebabnya jisim kecil tidak pernah bermakna tenaga kecil.
Bagaimana ia bersambung
Ini menutup modul dengan mengikat kedua-dua tunjangnya bersama: mekanik kuantum menerangkan nuklei mana cukup stabil untuk duduk dan yang mana mereput (pelajaran sebelumnya), dan kerelatifan -- E = Δm · c², adik terkenal pelincinan masa -- menukar beza jisim itu menjadi tenaga yang sebenarnya dilepaskan oleh bintang, reaktor, dan nukleus tak stabil.