Modern fysik
Bindningsenergi för järn-56
Stabil järntopp — läs av bindningsenergin per nukleon B/A.
Bindningsenergi för järn-56 — interaktiv Modern fysik-simulering. Stabil järntopp — läs av bindningsenergin per nukleon B/A. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.
Bindningsenergi
Stabila järntoppen — läs av bindningsenergin per nukleon B/A.
Järn-56 ligger nära toppen av bindningsenergi per nukleon B/A på kärnstabilitetskurvan. Fusion av lätta kärnor och fission av tunga frigör båda energi genom att röra sig mot järn. Läs B(Z,A) från droppmodellen: B/A är maximalt nära Fe, vilket förklarar varför stjärnor slutar fusera bortom järn och varför fissionsfragment är neutronrika.
- B/A-maximum vid Fe-56
- Massdefekt
Undersökningsblad
Planera frågan innan du öppnar labbet
Sammanfattningen speglar den förrenderade sidan: drivande fråga, konkurrerande förutsägelser, variablernas roller, styrande lagar, uppställning, analys- och utvidgningsfrågor förblir synliga och i den här ordningen.
Drivande fråga
Den halvempiriska massformeln (droppmodellen) uppskattar en kärnas totala bindningsenergi från dess antal protoner Z och masstalet A. Om Z hålls fast vid 26 (järn) och endast A ändras, förutsäger modellen då att bindningsenergin ökar jämnt för varje nukleon som läggs till?
Förutsägelser att väga
- Ja — fler nukleoner betyder alltid mer total bindningsenergi.
- Nej — bindningsenergin beror på en balans mellan konkurrerande termer (volym, yta, Coulomb, asymmetri) som förskjuts olika när A växer, så den ökar inte helt enkelt med varje tillagd nukleon.
- Bindningsenergin minskar alltid när A ökar.
Variablernas roller
Det du ställer in:
- Masstal A
Det du mäter:
- Total bindningsenergi E_B (MeV)
Så går undersökningen till
- Öppna förinställningen Järnbindning och tryck på Återställ. Denna förinställning modellerar järn med Z = 26 protoner.
- Aktivera avläsningen av bindningsenergin.
- Ställ in masstalet A för varje försök (med Z = 26 fast) och notera den totala bindningsenergin.
Styrande ekvation
Semiempirisk massformel (droppmodell) — B = Δmc²
En kärnas bindningsenergi modelleras som en tävlan mellan en volymterm (gynnar fler nukleoner), en ytterm (bestraffar nukleoner vid kärndroppens 'yta'), en Coulombterm (bestraffar proton–proton-frånstötning) och en asymmetriterm (bestraffar olika antal protoner och neutroner).
Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut
- Beräkna för ett försök E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A med a_v = 15.75, a_s = 17.8, a_c = 0.711, a_a = 23.7 (MeV), Z = 26. Jämför med tabellen.
- Dina tre försök stiger först och sjunker sedan — E_B klättrar från A = 56 till A = 80 och faller igen vid A = 110. Förklara hur volymtermen +a_vA, som växer med varje tillagd nukleon, till slut gås om av yt- och asymmetritermerna, och varför −a_a(A−2Z)²/A bestraffar en kärna vars neutronantal ligger långt före dess protonantal.
Var det här syns utanför labbet
- Samma droppmodell förklarar varför mycket tunga kärnor (stort A) frigör energi genom fission (klyvning) medan mycket lätta kärnor frigör energi genom fusion (sammanslagning) — båda processerna flyttar kärnor mot toppregionen för bindningsenergi per nukleon nära järn. Förklara varför järn ligger nära denna topp.
- Detta är en förenklad version av den halvempiriska massformeln (den utelämnar partermen för jämna/udda nukleonantal), så dess förutsägelser kommer inte att exakt matcha en riktig kärnmassatabell. Varför kan fysiker ändå tycka att en förenklad modell som denna är användbar i undervisning, även när man vet att den inte är perfekt träffsäker?
- 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
- Välkommen till Järnets bindningsenergi
- Välj nukliden
- Tryck på Spela
- Maximal bindningsenergi per nukleon
- Öppna panelen Egenskaper
- Du klarade det!
Öppna den interaktiva simuleringen för att bygga scenen, tryck på Spela och utforska med mätningar i realtid och en guidad genomgång.