Сучасна фізика

Енергія зв'язку Заліза-56

Стабільний залізний пік — зчитуйте енергію зв'язку на нуклон B/A.

Енергія зв'язку Заліза-56 — інтерактивне моделювання: Сучасна фізика. Стабільний залізний пік — зчитуйте енергію зв'язку на нуклон B/A. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Енергія зв'язку

Стабільний залізний пік — зчитуйте енергію зв'язку на нуклон B/A.

Залізо-56 сидить біля піку енергії зв'язку на нуклон B/A на кривій ядерної стабільності. Синтез легких ядер та поділ важких обидва вивільняють енергію, рухаючись до заліза. Зчитуйте B(Z,A) із моделі краплі рідини: B/A максимальне біля Fe, що пояснює, чому зорі перестають синтезувати після заліза і чому уламки поділу багаті на нейтрони.

• Пік B/A при Fe-56
• Дефект маси

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Напіемпірична формула маси (модель краплі рідини) оцінює сумарну енергію зв'язку ядра з кількості протонів Z та масового числа A. Тримаючи Z фіксованим на 26 (залізо) та змінюючи лише A, чи передбачає модель стабільне зростання енергії зв'язку з кожним доданим нуклоном?

Прогнози для зважування

• Так — більше нуклонів завжди означає більше сумарної енергії зв'язку.
• Ні — енергія зв'язку залежить від балансу конкуруючих членів (об'єм, поверхня, кулонівський, асиметрія), що зсуваються по-різному зі зростанням A, тож вона не просто зростає з кожним нуклоном.
• Енергія зв'язку завжди спадає зі зростанням A.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Масове число A

Що ви вимірюєте:

• Сумарна енергія зв'язку E_B (MeV)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет iron-binding та натисніть «Скинути». Цей пресет моделює залізо з Z = 26 протонів.
2. Увімкніть показ енергії зв'язку.
3. Задайте масове число A для кожного заміру (Z = 26 фіксований) та запишіть сумарну енергію зв'язку.

Керівне рівняння

Еквівалентність маси та енергії (енергія зв’язку) — B = Δmc²

Маса ядра менша за суму його окремих протонів і нейтронів — ця «недостача» маси Δm перетворюється на енергію зв’язку за формулою B = Δmc², енергію, що скріплює ядро. Саме значення Δm (а отже і B) походить із конкуруючих об’ємного, поверхневого, кулонівського членів і члена асиметрії напіемпіричної формули маси, що моделює ядро як краплину рідини.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A з a_v = 15.75, a_s = 17.8, a_c = 0.711, a_a = 23.7 (MeV), Z = 26. Порівняйте з таблицею.
• Ваші три заміри підіймаються, а потім падають — E_B зростає від A = 56 до A = 80, потім знову падає до A = 110. Поясніть, як об'ємний член +a_vA, що зростає з кожним доданим нуклоном, зрештою перекривається поверхневим та асиметричним членами, і чому −a_a(A−2Z)²/A карає ядро, кількість нейтронів якого тікає далеко вперед протонів.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Ця сама модель краплі рідини пояснює, чому дуже важкі ядра (велике A) вивільняють енергію через поділ (розщеплення), тоді як дуже легкі ядра вивільняють енергію через синтез (об'єднання) — обидва процеси рухають ядра до пікової області енергії зв'язку на нуклон біля заліза. Поясніть, чому залізо сидить біля цього піку.
• Це спрощена версія напіемпіричної формули маси (вона опускає член парності для парних/непарних кількостей нуклонів), тож її прогнози не збігатимуться точно зі справжньою таблицею ядерних мас. Чому фізики все одно вважають таку спрощену модель корисною для навчання, знаючи, що вона не ідеально точна?

• 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

1. Вітаємо в енергії зв'язку заліза
2. Виберіть нуклід
3. Натисніть «Запустити»
4. Пік зв'язку на нуклон
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Енергія зв'язку ядра