அணுக்கருப் பிணைப்பு ஆற்றல்
ஒரு அணுக்கரு, அதன் தனித்தனி புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் கூடுதலை விட சற்றே குறைவாகவே எடையுள்ளதாக இருக்கும். அந்த இழந்த நிறை மறையவில்லை — அது அணுக்கருவை ஒன்றாகப் பிடித்திருக்கும் பிணைப்பு ஆற்றலாக மாறியது. இரும்பின் அணுக்கரு, எந்த உறுப்பினும் மிக இறுக்கமாகப் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது, அதனால்தான் இலகுவான அணுக்கருக்களை இணைப்பதும் கனமான அணுக்கருக்களைப் பிரிப்பதும், இரும்பின் நோக்கி நகரும்போது ஆற்றலை வெளியிடுகின்றன.
சூத்திரம்
E = Δm · c²
- E — பிணைப்பு ஆற்றல் (J): அணுக்கருவை ஒன்றாகப் பிடித்திருக்க வெளியிடப்படும் அல்லது தேவைப்படும் ஆற்றல்
- Δm — நிறைக்குறை (kg): தனித்தனி புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களுடன் ஒப்பிடும்போது இழந்த நிறை
- c — ஒளி வேகம் (m/s): ஒரு வியத்தகு மாறிலி, சுமார் மூன்று மடங்கு பத்து எட்டாவது வினாடிக்கு மீட்டர்கள்
தீர்க்கப்பட்ட எடுத்துக்காட்டு
ஒரு அணுக்கரு, அதன் தனித்தனி புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களுடன் ஒப்பிடும்போது 0.01 கிலோகிராம் நிறையை இழந்துள்ளது. அந்த இழந்த நிறை எவ்வளவு பிணைப்பு ஆற்றலைப் பிரதிநிதித்துவப்படுத்துகிறது?
- 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
உங்களைச் சோதியுங்கள்
ஒரு வேறு அணுக்கரு அதற்கு பதிலாக 0.02 கிலோகிராம் நிறையை இழந்துள்ளது. அது எவ்வளவு பிணைப்பு ஆற்றலைப் பிரதிநிதித்துவப்படுத்துகிறது?
- சரியான விடை: 1.8×10¹⁵ J
- 4.5×10¹⁴ J
- 1.8×10¹⁶ J
சரியாக — ஆற்றல் இழந்த நிறையுடன் நேரடியாக அளவிடப்படுகிறது: 0.02 kg × (3×10⁸ m/s)² = 1.8×10¹⁵ joules.
இரும்பு, பிணைப்பு ஆற்றல் வளைவின் மிக உச்சத்தில் அமர்கிறது. இணைவு மற்றும் பிளவுக்கு அது என்ன அர்த்தம்?
- இணைவு மட்டுமே ஆற்றலை வெளியிடும்; இரும்பு அருகில் பிளவு அதை உறிஞ்சும்
- பிளவு மட்டுமே ஆற்றலை வெளியிடும்; இரும்பு அருகில் இணைவு அதை உறிஞ்சும்
- சரியான விடை: இரும்பின் நோக்கி நகரும்போது இணைவும் பிளவும் ஆற்றலை வெளியிடும்
சரி — இரும்பை விட இலகுவான உறுப்புகள் ஒன்றாக இணைவதன் மூலமும் கனமான உறுப்புகள் பிரிவதன் மூலமும் ஆற்றலை வெளியிடுகின்றன, இரண்டும் இரும்பின் இறுக்கமாகப் பிணைக்கப்பட்ட அணுக்கருவை நோக்கி நகர்கின்றன.
இதை எங்கே காண்கிறீர்கள்
சூரியன், ஐதரஜனை இரும்பின் அண்டை பகுதிக்கு நோக்கி இணைப்பதன் மூலம் ஒவ்வொரு வினாடியும் அதன் சொந்த நிறையில் சுமார் 4 மில்லியன் டன்களை ஒளியாக மாற்றுகிறது; ஒரு அணு உலை, மறு திசையில் இயங்குகிறது, கனமான யுரேனியத்தைப் பிரித்து துண்டுகள் ஆற்றலாக நிறையை இழக்க அனுமதிக்கிறது. இரண்டும் அதே சாய்வில் — எல்லாவற்றிலும் மிக இறுக்கமாக பிணைக்கப்பட்ட அணுக்கருவான இரும்பின் நோக்கி — கீழிறங்குகின்றன.
பொதுவான தவறுகள்
மனப்பாடமாக வைக்க வேண்டிய ஆச்சரியம்: இரும்பு, பிணைப்பு-ஆற்றல் வளைவின் மேலே அமர்கிறது, எனவே இலகுவான அணுக்கருக்களை இணைப்பதும் கனமான அணுக்கருக்களைப் பிரிப்பதும் ஆற்றலை வெளியிடும் — இரும்பின் நோக்கி நகரும் எதுவும் வெல்லும். மற்றும் விலையிடுதல் கடுமையானது: E = Δm · c², எனவே 0.02 kg இழந்த நிறை 0.02 × (3×10⁸ m/s)² = 1.8×10¹⁵ J — இரட்டிப்பு இழந்த நிறை இரட்டிப்பு ஆற்றல், மற்றும் c² தான் 'சிறிய நிறை' என்றும் 'சிறிய ஆற்றல்' என்றும் பொருள்படாது.
இது எவ்வாறு இணைகிறது
இது தொகுதியின் இரண்டு தூண்களை ஒன்றாகக் கட்டி முடிக்கிறது: குவாண்டம் எந்திரவியல், எந்த அணுக்கருக்கள் நிலைக்க போதுமான அளவு உறுதியானவை மற்றும் எவை சிதைவடைகின்றன என்பதை (முந்தைய பாடம்) விளக்குகிறது, மற்றும் சார்பியல்யின் E = Δm · c² — நேர விரிவாக்கத்தின் பிரபலமான சகோதரி — நட்சத்திரங்கள், உலைகள் மற்றும் உறுதியற்ற அணுக்கருக்கள் உண்மையில் வெளியிடும் ஆற்றலாக நிறை வேறுபாட்டை மாற்றுகிறது.