ฟิสิกส์ยุคใหม่
พลังงานยึดเหนี่ยวเหล็ก-56
ยอดเหล็กเสถียร — อ่านพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออน B/A
พลังงานยึดเหนี่ยวเหล็ก-56 — การจำลองฟิสิกส์ยุคใหม่แบบโต้ตอบ ยอดเหล็กเสถียร — อ่านพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออน B/A ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
พลังงานยึดเหนี่ยว
จุดสูงสุดเหล็กที่เสถียร — อ่านพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออน B/A
เหล็ก-56 อยู่ใกล้จุดสูงสุดของพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออน B/A บนเส้นโค้งความเสถียรของนิวเคลียส ฟิวชันของนิวเคลียสเบาและฟิชชันของนิวเคลียสหนักต่างปลดปล่อยพลังงานโดยเคลื่อนเข้าหาเหล็ก อ่าน B(Z,A) จากแบบจำลองหยดของเหลว: B/A สูงสุดใกล้เหล็ก อธิบายว่าเหตุใดดาวจึงหยุดฟิวชันหลังเหล็กและเหตุใดชิ้นส่วนฟิชชันจึงมีนิวตรอนมาก
- B/A สูงสุดที่ Fe-56
- มวลพร่อง
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
สูตรมวลกึ่งเชิงประจักษ์ (โมเดลหยดของเหลว) ประมาณพลังงานยึดเหนี่ยวรวมของนิวเคลียสจากจำนวนโปรตอน Z และเลขมวล A ถ้าคง Z ไว้ที่ 26 (เหล็ก) และเปลี่ยนแค่ A โมเดลทำนายว่าพลังงานยึดเหนี่ยวเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ทุกครั้งที่เพิ่มนิวคลีออนหรือไม่
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- ใช่ — นิวคลีออนมากกว่าหมายถึงพลังงานยึดเหนี่ยวรวมมากกว่าเสมอ
- ไม่ — พลังงานยึดเหนี่ยวขึ้นกับสมดุลของพจน์ที่แข่งกัน (ปริมาตร พื้นผิว คูลอมบ์ ความไม่สมมาตร) ซึ่งเลื่อนต่างกันเมื่อ A โต จึงไม่เพิ่มง่าย ๆ ทุกครั้งที่เพิ่มนิวคลีออน
- พลังงานยึดเหนี่ยวลดลงเสมอเมื่อ A เพิ่ม
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- เลขมวล A
สิ่งที่คุณวัด:
- พลังงานยึดเหนี่ยวรวม E_B (MeV)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดพรีเซ็ท iron-binding แล้วกดรีเซ็ต พรีเซ็ทนี้จำลองเหล็กที่มีโปรตอน Z = 26
- เปิดค่าแสดงพลังงานยึดเหนี่ยว
- ตั้งเลขมวล A ของแต่ละรอบ (Z = 26 คงที่) แล้วบันทึกพลังงานยึดเหนี่ยวรวม
สมการควบคุม
สูตรมวลกึ่งเอมพิริคัล (แบบจำลองหยดของเหลว) — B = Δmc²
พลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสถูกจำลองเป็นการแข่งขันระหว่างพจน์ปริมาตร (เอื้อนิวคลีออนมากกว่า) พจน์พื้นผิว (ลงโทษนิวคลีออนที่ “ผิว” ของหยดนิวเคลียร์) พจน์คูลอมบ์ (ลงโทษแรงผลักโปรตอน-โปรตอน) และพจน์ความไม่สมมาตร (ลงโทษจำนวนโปรตอน/นิวตรอนไม่เท่ากัน)
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A โดยใช้ a_v = 15.75, a_s = 17.8, a_c = 0.711, a_a = 23.7 (MeV), Z = 26 เทียบกับตาราง
- สามรอบของคุณขึ้นแล้วลง E_B เพิ่มจาก A = 56 ถึง A = 80 แล้วลดลงอีกที่ A = 110 จงอธิบายว่าพจน์ปริมาตร +a_vA ซึ่งโตทุกครั้งที่เพิ่มนิวคลีออน ถูกพจน์พื้นผิวกับความไม่สมมาตรแซงได้อย่างไรในที่สุด และทำไม −a_a(A−2Z)²/A จึงลงโทษนิวเคลียสที่จำนวนนิวตรอนวิ่งนำจำนวนโปรตอนไปไกล
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- โมเดลหยดของเหลวเดียวกันอธิบายว่าเหตุใดนิวเคลียสหนักมาก (A ใหญ่) ปลดปล่อยพลังงานด้วยการแบ่งแยก ขณะที่นิวเคลียสเบามากปลดปล่อยด้วยการหลอมรวม — ทั้งสองพานิวเคลียสเข้าหาบริเวณพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนสูงสุดใกล้เหล็ก อธิบายว่าเหตุใดเหล็กจึงอยู่ใกล้ยอดนี้
- นี่คือฉบับย่อของสูตรมวลกึ่งเชิงประจักษ์ (ตัดพจน์การจับคู่ของนิวคลีออนคู่/คี่ออก) การทำนายจึงไม่ตรงตารางมวลนิวเคลียร์จริงพอดี เหตุใดนักฟิสิกส์จึงยังเห็นค่าของโมเดลย่ออย่างนี้ในการสอน ทั้งที่รู้ว่าไม่แม่นยำสมบูรณ์
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ พลังงานยึดเหนี่ยวเหล็ก
- เลือกนิวไคลด์
- กดเล่น
- พลังงานยึดเหนี่ยวสูงสุดต่อนิวคลีออน
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ