Energia de legătură nucleară: modelul picăturii de lichid

1 · Prezice

Formula de masă semiempirică (modelul picăturii de lichid) estimează energia de legătură totală a unui nucleu din numărul lui de protoni Z și numărul de masă A. Menținând Z fix la 26 (fier) și schimbând doar A, prezice modelul o creștere constantă a energiei de legătură cu fiecare nucleon adăugat?

• Da — mai mulți nucleoni înseamnă mereu mai multă energie de legătură totală.
• Nu — energia de legătură depinde de un echilibru de termeni concurenți (volum, suprafață, Coulomb, asimetrie) care se deplasează diferit pe măsură ce A crește, deci nu crește pur și simplu cu fiecare nucleon adăugat.
• Energia de legătură scade mereu pe măsură ce A crește.

2 · Montaj

1. Deschide presetarea iron-binding și apasă Resetează. Această presetare modelează fierul cu Z = 26 de protoni.
2. Activează citirea energiei de legătură.
3. Setează numărul de masă A pentru fiecare încercare (menținând Z = 26 fix) și înregistrează energia de legătură totală.

3 · Colectează date

Plotează energia de legătură E_B (axa y) în funcție de numărul de masă A (axa x) pentru cele trei încercări.

4 · Analizează

1. Pentru o încercare, calculează E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A folosind a_v = 15.75, a_s = 17.8, a_c = 0.711, a_a = 23.7 (MeV), Z = 26. Compară cu tabelul.
2. Cele trei încercări ale tale urcă și apoi coboară — E_B urcă de la A = 56 la A = 80, apoi scade din nou până la A = 110. Explică cum termenul de volum +a_vA, care crește cu fiecare nucleon adăugat, este depășit în final de termenii de suprafață și asimetrie și de ce −a_a(A−2Z)²/A penalizează un nucleu a cărui număr de neutroni fuge departe de numărul de protoni.

5 · Extinde

1. Același model al picăturii de lichid explică de ce nucleele foarte grele (A mare) eliberează energie prin fisiune (despicare), în timp ce nucleele foarte ușoare eliberează energie prin fuziune (combinare) — ambele procese mută nucleele spre regiunea de vârf a energiei de legătură per nucleon, lângă fier. Explică de ce fierul stă aproape de acest vârf.
2. Aceasta este o versiune simplificată a formulei de masă semiempirice (omite termenul de pereche pentru numere pare/impare de nucleoni), deci predicțiile ei nu vor corespunde exact unui tabel real de mase nucleare. De ce ar putea fizicienii să găsească totuși util un model simplificat ca acesta la predare, știind că nu este perfect exact?

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit