طاقة الربط النووية. خلل جماعي ربط الطاقة وعيب الكتلة النووية تعريف عيب كتلة النواة الذرية

النوى الذرية عبارة عن أنظمة مرتبطة بقوة بعدد كبير من النيوكليونات.
لتقسيم النواة بشكل كامل إلى الأجزاء المكونة لها وإزالتها فيها مسافات طويلةمن الضروري أن ننفق قدرًا معينًا من العمل من بعضنا البعض.

طاقة الربط هي الطاقة المساوية للشغل الذي يجب بذله لتقسيم النواة إلى نيوكليونات حرة.

اتصال E = - أ

وفقا لقانون الحفظ، فإن طاقة الربط تساوي في نفس الوقت الطاقة التي يتم إطلاقها أثناء تكوين النواة من النيوكليونات الحرة الفردية.

طاقة ربط محددة

هذه هي طاقة الربط لكل نيوكليون.

وبصرف النظر عن أخف النوى، فإن طاقة الارتباط المحددة تكون ثابتة تقريبًا وتساوي 8 ميجا إلكترون فولت/نوكليون. تم العثور على الحد الأقصى لطاقة الارتباط النوعية (8.6 MeV/nucleon) في العناصر ذات الأعداد الكتلية من 50 إلى 60. ونوى هذه العناصر هي الأكثر استقرارًا.

ومع زيادة تحميل النوى بالنيوترونات، تنخفض طاقة الارتباط المحددة.
بالنسبة للعناصر الموجودة في نهاية الجدول الدوري، فهي تساوي 7.6 ميجا إلكترون فولت/نيوكليون (على سبيل المثال، اليورانيوم).

إطلاق الطاقة نتيجة للانشطار النووي أو الاندماج النووي

من أجل تقسيم النواة، يجب إنفاق طاقة معينة للتغلب عليها القوات النووية.
من أجل تصنيع نواة من جزيئات فردية، من الضروري التغلب على قوى كولومب التنافرية (ولهذا، يجب إنفاق الطاقة لتسريع هذه الجزيئات إلى سرعات عالية).
أي أنه من أجل القيام بالانشطار النووي أو التخليق النووي، يجب استهلاك بعض الطاقة.

عندما يتم دمج النواة على مسافات قصيرة، تبدأ القوى النووية في التأثير على النيوكليونات، مما يجعلها تتحرك بتسارع.
تبعث النيوكليونات المتسارعة أشعة جاما، التي لها طاقة تساوي طاقة الربط.

عند الخروج من تفاعل الانشطار النووي أو الاندماج النووي، يتم إطلاق الطاقة.

فمن المنطقي إجراء الانشطار النووي أو التخليق النووي إذا نتج عن ذلك، أي. الطاقة المنطلقة نتيجة الانشطار أو الاندماج ستكون أكبر من الطاقة المستهلكة
وفقًا للرسم البياني، يمكن الحصول على زيادة في الطاقة إما عن طريق انشطار (انقسام) النوى الثقيلة، أو عن طريق اندماج النوى الخفيفة، وهو ما يتم عمليًا.

خلل جماعي

تظهر قياسات الكتل النووية أن الكتلة النووية (Nm) تكون دائمًا أقل من مجموع بقية كتل النيوترونات والبروتونات الحرة المكونة لها.

أثناء الانشطار النووي: تكون كتلة النواة دائمًا أقل من مجموع باقي كتل الجسيمات الحرة المتكونة.

أثناء التخليق النووي: تكون كتلة النواة الناتجة دائمًا أقل من مجموع بقية كتل الجسيمات الحرة التي شكلتها.

العيب الشامل هو مقياس لطاقة الربط النواة الذرية.

العيب الكتلي يساوي الفرق بين الكتلة الإجمالية لجميع نويات النواة في الحالة الحرة وكتلة النواة:

حيث Mya هي كتلة النواة (من الكتاب المرجعي)
Z – عدد البروتونات في النواة
mp – الكتلة الباقية للبروتون الحر (من الكتاب المرجعي)
N – عدد النيوترونات في النواة
mn – الكتلة الباقية للنيوترون الحر (من الكتاب المرجعي)

انخفاض الكتلة أثناء تكوين النواة يعني انخفاض طاقة النظام النووي.

حساب طاقة الربط النووية

طاقة الربط للنواة تساوي عدديًا الشغل الذي يجب إنفاقه لتقسيم النواة إلى نويات فردية، أو الطاقة المنطلقة أثناء تخليق النوى من النيوكليونات.
مقياس طاقة الربط للنواة هو عيب الكتلة.

صيغة حساب طاقة الربط للنواة هي صيغة أينشتاين:
إذا كان هناك نظام من الجزيئات له كتلة، فإن التغير في طاقة هذا النظام يؤدي إلى تغير في كتلته.

هنا يتم التعبير عن طاقة الربط للنواة بمنتج عيب الكتلة ومربع سرعة الضوء.

في الفيزياء النووية، يتم التعبير عن كتلة الجسيمات بوحدات الكتلة الذرية (amu)

من المعتاد في الفيزياء النووية التعبير عن الطاقة بالإلكترون فولت (eV):

دعونا نحسب مراسلات 1 amu. إلكترون فولت:

الآن ستبدو صيغة حساب طاقة الربط (بالإلكترون فولت) كما يلي:

مثال لحساب طاقة الربط لنواة ذرة الهيليوم (He)

القوى النووية

لكي تكون النوى الذرية مستقرة، يجب أن يتم احتجاز البروتونات والنيوترونات داخل النوى بواسطة قوى هائلة، أكبر بعدة مرات من قوى تنافر كولوم للبروتونات. تسمى القوى التي تحمل النيوكليونات في النواة النووية . إنها تمثل مظهرًا لنوع التفاعل الأكثر كثافة المعروف في الفيزياء - ما يسمى بالتفاعل القوي. القوى النووية أكبر بحوالي 100 مرة من القوى الكهروستاتيكية وأكبر بعشرات المراتب من قوى تفاعل الجاذبية بين النيوكليونات.

تتميز القوى النووية بالخصائص التالية:

· تتمتع بقوى جاذبة.

· هي القوات قليل الفعالية(يظهر على مسافات صغيرة بين النيوكليونات)؛

· القوى النووية لا تعتمد على وجود أو عدم وجود شحنة كهربائية على الجزيئات.

عيب الكتلة وطاقة الربط للنواة الذرية

يلعب هذا المفهوم الدور الأكثر أهمية في الفيزياء النووية طاقة الربط النووية .

طاقة الربط للنواة تساوي الحد الأدنى من الطاقة التي يجب إنفاقها لتقسيم النواة بالكامل إلى جزيئات فردية. ويترتب على قانون حفظ الطاقة أن طاقة الربط تساوي الطاقة المنطلقة أثناء تكوين النواة من الجزيئات الفردية.

يمكن تحديد طاقة الارتباط لأي نواة عن طريق قياس كتلتها بدقة. حاليًا، تعلم الفيزيائيون قياس كتل الجسيمات - الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات والنوى وما إلى ذلك - بدقة عالية جدًا. هذه القياسات تظهر ذلك كتلة أي نواة م I دائمًا أقل من مجموع كتل البروتونات والنيوترونات المكونة لها:

يسمى فرق الكتلة خلل جماعي. عن طريق العيب الشامل باستخدام صيغة أينشتاين ه = مولودية 2، يمكنك تحديد الطاقة المنطلقة أثناء تكوين نواة معينة، أي طاقة الارتباط للنواة هشارع:

يتم إطلاق هذه الطاقة أثناء تكوين النواة على شكل إشعاع الكم.

ب21 1)، ب22 1)، ب23 1)، ب24 1)، ب25 2)

مجال مغناطيسي

إذا تم توصيل موصلين متوازيين بمصدر حالي كهرباء، ثم اعتمادًا على اتجاه التيار فيها، فإن الموصلات إما تتنافر أو تتجاذب.

يمكن تفسير هذه الظاهرة من خلال موضع ظهور نوع خاص من المادة حول الموصلات - المجال المغناطيسي.

تسمى القوى التي تتفاعل معها الموصلات الحاملة للتيار مغناطيسي.

مجال مغناطيسي- هذا نوع خاصمادة، السمة المحددة لها هي التأثير على الشحنة الكهربائية المتحركة، والموصلات الحاملة للتيار، والأجسام ذات اللحظة المغناطيسية، مع قوة تعتمد على ناقل سرعة الشحن، واتجاه التيار في الموصل واتجاه التيار. اللحظة المغناطيسية للجسم

يعود تاريخ المغناطيسية إلى العصور القديمة، إلى الحضارات القديمة في آسيا الصغرى. تم العثور على صخور في أراضي آسيا الصغرى، في مغنيسيا، وانجذبت عينات منها إلى بعضها البعض. وبناء على اسم المنطقة، بدأت تسمى هذه العينات "المغناطيس". أي قضيب أو مغناطيس على شكل حدوة حصان له طرفان يسميان قطبين؛ في هذا المكان تكون خصائصه المغناطيسية أكثر وضوحًا. إذا قمت بتعليق مغناطيس على خيط، فإن أحد القطبين سيشير دائمًا إلى الشمال. البوصلة تقوم على هذا المبدأ. يسمى القطب الشمالي للمغناطيس المعلق بالقطب الشمالي للمغناطيس (N). يسمى القطب المقابل القطب الجنوبي(س).

أقطاب مغناطيسيةتتفاعل مع بعضها البعض: مثل القطبينتتنافر، والأضداد تتجاذب. مفهوم مماثل الحقل الكهربائيالمحيطة بشحنة كهربائية، تقدم فكرة وجود مجال مغناطيسي حول المغناطيس.

وفي عام 1820، اكتشف أورستد (1777-1851) أن الإبرة المغناطيسية الموجودة بجوار موصل كهربائي، ينحرف عندما يتدفق التيار عبر الموصل، أي يتم إنشاء مجال مغناطيسي حول الموصل الحامل للتيار. إذا أخذنا إطارًا يمر به تيار، فإن المجال المغناطيسي الخارجي يتفاعل معه حقل مغناطيسيالإطار وله تأثير توجيهي عليه، أي أن هناك موضعًا للإطار يكون فيه للمجال المغناطيسي الخارجي أقصى تأثير دوران عليه، ويوجد موضع عندما يكون عزم القوى صفرًا.

يمكن وصف المجال المغناطيسي عند أي نقطة بالمتجه B، وهو ما يسمى ناقلات الحث المغناطيسيأو الحث المغناطيسيعند هذه النقطة.

الحث المغناطيسي B هو ناقل الكمية المادية، وهي خاصية القوة للمجال المغناطيسي عند نقطة ما. وهي تساوي نسبة العزم الميكانيكي الأقصى للقوى المؤثرة على الإطار مع وجود تيار في مجال موحد إلى حاصل ضرب القوة الحالية في الإطار ومساحته:

يعتبر اتجاه ناقل الحث المغناطيسي B هو اتجاه العمودي الموجب للإطار، والذي يرتبط بالتيار في الإطار بقاعدة المسمار الأيمن، مع عزم ميكانيكي يساوي الصفر.

بنفس الطريقة التي تم بها تصوير خطوط شدة المجال الكهربائي، تم تصوير خطوط تحريض المجال المغناطيسي. خط المجال المغناطيسي هو خط وهمي، يتطابق مماسه مع الاتجاه B عند نقطة ما.

يمكن أيضًا تعريف اتجاهات المجال المغناطيسي عند نقطة معينة على أنها الاتجاه الذي يشير

القطب الشمالي لإبرة البوصلة الموضوعة عند هذه النقطة. ويعتقد أن خطوط تحريض المجال المغناطيسي يتم توجيهها منها القطب الشماليإلى الجنوب.

يتم تحديد اتجاه خطوط الحث المغناطيسي للمجال المغناطيسي الناتج عن تيار كهربائي يتدفق عبر موصل مستقيم بواسطة قاعدة الثقب أو المسمار الأيمن. يعتبر اتجاه خطوط الحث المغناطيسي هو اتجاه دوران رأس المسمار، مما يضمن حركته الانتقالية في اتجاه التيار الكهربائي (الشكل 59).

حيث n01 = 4 باي 10 -7 فولت ث/(أ م). - ثابت مغناطيسي، R - المسافة، I - قوة التيار في الموصل.

على عكس خطوط التوتر المجال الكهروستاتيكيوالتي تبدأ بشحنة موجبة وتنتهي بشحنة سالبة، تكون خطوط المجال المغناطيسي مغلقة دائمًا. الشحنة المغناطيسية مماثلة الشحنة الكهربائيةلم يتم الكشف عن.

يتم أخذ تسلا واحد (1 طن) كوحدة تحريض - تحريض مثل هذا المجال المغناطيسي الموحد الذي تعمل فيه قوة الدوران القصوى على إطار بمساحة 1 متر مربع، والذي يتدفق من خلاله تيار قدره 1 أمبير. لحظة ميكانيكيةقوة تساوي 1 نيوتن متر.

يمكن أيضًا تحديد تحريض المجال المغناطيسي من خلال القوة المؤثرة على موصل يحمل تيارًا في مجال مغناطيسي.

يتم التأثير على موصل يحمل تيارًا موضوعًا في مجال مغناطيسي بواسطة قوة أمبير، يتم تحديد مقدارها بالتعبير التالي:

حيث I هي القوة الحالية في الموصل، ل-طول الموصل، B هو حجم ناقل الحث المغناطيسي، وهي الزاوية بين المتجه واتجاه التيار.

يمكن تحديد اتجاه قوة الأمبير من خلال قاعدة اليد اليسرى: نضع راحة اليد اليسرى بحيث تدخل خطوط الحث المغناطيسي إلى راحة اليد، نضع أربعة أصابع في اتجاه التيار في الموصل، ثم يُظهر الإبهام المنحني اتجاه قوة أمبير.

مع الأخذ في الاعتبار أن I = q 0 nSv، واستبدال هذا التعبير في (3.21)، نحصل على F = q 0 nSh/B sin أ. عدد الجسيمات (N) في حجم معين من الموصل هو N = nSl، ثم F = q 0 NvB sin أ.

دعونا نحدد القوة التي يؤثر بها المجال المغناطيسي على جسيم مشحون فردي يتحرك في مجال مغناطيسي:

وتسمى هذه القوة بقوة لورنتز (1853-1928). يمكن تحديد اتجاه قوة لورنتز من خلال قاعدة اليد اليسرى: نضع راحة اليد اليسرى بحيث تدخل خطوط الحث المغناطيسي إلى راحة اليد، أربعة أصابع تظهر اتجاه حركة الشحنة الموجبة، الكبيرة يظهر الإصبع المنحني اتجاه قوة لورنتز.

قوة التفاعل بين موصلين متوازيين يحملان التيارات I 1 و I 2 تساوي:

أين ل-جزء من موصل يقع في مجال مغناطيسي. إذا كانت التيارات في نفس الاتجاه، فإن الموصلات تنجذب (الشكل 60)، وإذا كانت في الاتجاه المعاكس، فإنها تتنافر. القوى المؤثرة على كل موصل متساوية في المقدار ومتعاكسة في الاتجاه. الصيغة (3.22) هي الأساس لتحديد وحدة التيار 1 أمبير (1 أ).

تتميز الخواص المغناطيسية للمادة بكمية فيزيائية عددية - النفاذية المغناطيسية ، والتي توضح عدد المرات التي يختلف فيها تحريض B للمجال المغناطيسي في مادة تملأ الحقل بالكامل عن الحث B 0 للمجال المغناطيسي في فراغ:

وفقا لخصائصها المغناطيسية، وتنقسم جميع المواد إلى ديامغناطيسية، بارامغناطيسيةو المغناطيسية الحديدية.

خذ بعين الاعتبار الطبيعة الخواص المغناطيسيةمواد.

تتحرك الإلكترونات الموجودة في غلاف ذرات المادة في مدارات مختلفة. للتبسيط، نعتبر هذه المدارات دائرية، ويمكن اعتبار كل إلكترون يدور حول نواة الذرة بمثابة تيار كهربائي دائري. كل إلكترون، مثل تيار دائري، يخلق مجالًا مغناطيسيًا، والذي نسميه المداري. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الإلكترون الموجود في الذرة له مجال مغناطيسي خاص به، يسمى المجال المغزلي.

إذا، عند إدخاله في مجال مغناطيسي خارجي مع الحث B 0، يتم إنشاء الحث B داخل المادة< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (ن< 1).

في ديامغناطيسيةفي المواد، في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي خارجي، يتم تعويض المجالات المغناطيسية للإلكترونات، وعندما يتم إدخالها في مجال مغناطيسي، يصبح تحريض المجال المغناطيسي للذرة موجهًا ضد المجال الخارجي. يتم دفع المادة المغناطيسية خارج المجال المغناطيسي الخارجي.

ش ممغنطيسيالمواد، لا يتم تعويض الحث المغناطيسي للإلكترونات في الذرات بشكل كامل، وتبين أن الذرة ككل تشبه مغناطيسًا صغيرًا دائمًا. عادةً ما تكون كل هذه المغناطيسات الصغيرة في المادة موجهة بشكل عشوائي، ويكون الحث المغناطيسي الإجمالي لجميع مجالاتها صفرًا. إذا قمت بوضع مغناطيس بارامغناطيسي في مجال مغناطيسي خارجي، فإن جميع المغناطيسات الصغيرة - الذرات سوف تدور في المجال المغناطيسي الخارجي مثل إبر البوصلة وسيزداد المجال المغناطيسي في المادة ( ن >= 1).

المغناطيسية الحديديةهي تلك المواد التي ن" 1. في المواد المغناطيسية الحديدية، يتم إنشاء ما يسمى بالمجالات، وهي مناطق مجهرية من المغنطة التلقائية.

في المجالات المختلفة، يكون لتحريضات المجال المغناطيسي اتجاهات مختلفة (الشكل 61) وفي بلورة كبيرة

تعويض بعضها البعض بشكل متبادل. عندما يتم إدخال عينة مغناطيسية حديدية في مجال مغناطيسي خارجي، فإن حدود المجالات الفردية تتغير بحيث يزداد حجم المجالات الموجهة على طول المجال الخارجي.

مع زيادة تحريض المجال الخارجي B 0، يزداد الحث المغناطيسي للمادة الممغنطة. عند بعض قيم B 0، يتوقف الحث عن الزيادة بشكل حاد. وتسمى هذه الظاهرة بالتشبع المغناطيسي.

ميزةالمواد المغناطيسية الحديدية - ظاهرة التباطؤ، والتي تتمثل في الاعتماد الغامض للتحريض في المادة على تحريض المجال المغناطيسي الخارجي عندما يتغير.

حلقة التباطؤ المغناطيسي عبارة عن منحنى مغلق (cdc`d`c)، يعبر عن اعتماد الحث في المادة على سعة تحريض المجال الخارجي مع تغير دوري بطيء إلى حد ما في الأخير (الشكل 62).

وتتميز حلقة التباطؤ بالقيم التالية: B s، Br، B c. B s - القيمة القصوى لتحريض المواد عند B 0s؛ في ص - الحث المتبقي، يساوي القيمةالحث في المادة عندما يتناقص تحريض المجال المغناطيسي الخارجي من B 0s إلى الصفر؛ -B c و B c - القوة القسرية - قيمة تساوي تحريض المجال المغناطيسي الخارجي اللازم لتغيير الحث في المادة من المتبقي إلى الصفر.

لكل مغناطيس حديدي هناك درجة حرارة (نقطة كوري (J. Curie، 1859-1906)، والتي يفقد المغناطيس الحديدي فوقها خصائصه المغناطيسية.

هناك طريقتان لإحضار المغناطيس الحديدي الممغنط إلى حالة إزالة المغناطيسية: أ) تسخينه فوق نقطة كوري وتبريده؛ ب) مغنطة المادة بمجال مغناطيسي متناوب بسعة تتناقص ببطء.

تسمى المغناطيسات الحديدية ذات الحث المتبقي المنخفض والقوة القسرية بالمغناطيسية الناعمة. وقد وجدوا تطبيقًا في الأجهزة التي غالبًا ما تحتاج إلى إعادة مغنطة المغناطيسات الحديدية (قلب المحولات، والمولدات، وما إلى ذلك).

تُستخدم المغناطيسات الحديدية الصلبة مغناطيسيًا، والتي لها قوة قسرية عالية، في صنع مغناطيس دائم.

B21 2) التأثير الكهروضوئي. الفوتونات

التأثير الكهروضوئيتم اكتشافه في عام 1887 من قبل الفيزيائي الألماني جي هيرتز ودرسه تجريبيًا بواسطة إيه جي ستوليتوف في 1888-1890. تم إجراء الدراسة الأكثر اكتمالا لظاهرة التأثير الكهروضوئي بواسطة F. Lenard في عام 1900. بحلول هذا الوقت، تم اكتشاف الإلكترون بالفعل (1897، J. Thomson)، وأصبح من الواضح أن التأثير الكهروضوئي (أو أكثر على وجه التحديد، التأثير الضوئي الخارجي) يتكون من طرد الإلكترونات من المادة تحت تأثير الضوء الساقط عليها.

يظهر الشكل التخطيطي للإعداد التجريبي لدراسة التأثير الكهروضوئي. 5.2.1.

استخدمت التجارب قنينة زجاجية مفرغة من الهواء تحتوي على قطبين كهربائيين معدنيين، وتم تنظيف سطحها جيدًا. تم تطبيق بعض الجهد على الأقطاب الكهربائية شوالتي يمكن تغيير قطبيتها باستخدام مفتاح مزدوج. تمت إضاءة أحد الأقطاب الكهربائية (الكاثود K) من خلال نافذة كوارتز بضوء أحادي اللون بطول موجي معين. في التدفق الضوئي المستمر، تم اعتماد الاعتماد على قوة التيار الضوئي أنامن الجهد المطبق. في التين. ويبين الشكل 5.2.2 منحنيات نموذجية لمثل هذا الاعتماد، تم الحصول عليها عند قيمتين للكثافة تدفق مضيئةحادث على الكاثود.

تظهر المنحنيات أنه عند الفولتية الموجبة الكبيرة بما فيه الكفاية عند الأنود A، يصل التيار الضوئي إلى التشبع، حيث أن جميع الإلكترونات المقذوفة من الكاثود بواسطة الضوء تصل إلى الأنود. أظهرت القياسات الدقيقة أن تيار التشبع أنا n يتناسب طرديا مع شدة الضوء الساقط. عندما يكون الجهد عند القطب الموجب سالبًا، فإن المجال الكهربائي بين الكاثود والأنود يثبط الإلكترونات. فقط تلك الإلكترونات التي تتجاوز طاقتها الحركية | الاتحاد الأوروبي|. إذا كان الجهد عند الأنود أقل من - شح، توقف التيار الضوئي. قياس شح، يمكننا تحديد الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات الضوئية:

لقد وضع العديد من المجربين المبادئ الأساسية التالية للتأثير الكهروضوئي:

تزداد الطاقة الحركية القصوى للإلكترونات الضوئية خطيًا مع زيادة تردد الضوء ν ولا تعتمد على شدتها.
لكل مادة هناك ما يسمى حدود تأثير الصورة الحمراء ، أي أقل تردد ν دقيقة حيث لا يزال التأثير الكهروضوئي الخارجي ممكنًا.
يتناسب عدد الإلكترونات الضوئية المنبعثة من الضوء من الكاثود خلال ثانية واحدة بشكل مباشر مع شدة الضوء.
التأثير الكهروضوئي هو عمليا عديم القصور الذاتي؛ يحدث التيار الكهروضوئي فورًا بعد بدء إضاءة الكاثود، بشرط أن يكون تردد الضوء ν > ν min.

كل قوانين التأثير الكهروضوئي هذه تتناقض بشكل أساسي مع أفكار الفيزياء الكلاسيكية حول تفاعل الضوء مع المادة. وفقًا لمفاهيم الموجة، عند التفاعل مع موجة ضوئية كهرومغناطيسية، يقوم الإلكترون بتجميع الطاقة تدريجيًا، وسيستغرق الأمر قدرًا كبيرًا من الوقت، اعتمادًا على شدة الضوء، حتى يتمكن الإلكترون من تجميع طاقة كافية ليطير خارجًا. الكاثود. وكما تظهر الحسابات، ينبغي حساب هذا الوقت بالدقائق أو الساعات. ومع ذلك، تظهر التجربة أن الإلكترونات الضوئية تظهر مباشرة بعد بدء إضاءة الكاثود. وفي هذا النموذج كان من المستحيل أيضًا فهم وجود الحدود الحمراء للتأثير الكهروضوئي. نظرية الموجةلا يمكن للضوء أن يفسر استقلال طاقة الإلكترونات الضوئية عن شدة تدفق الضوء وتناسب الطاقة الحركية القصوى مع تردد الضوء.

وهكذا، فإن النظرية الكهرومغناطيسية للضوء لم تكن قادرة على تفسير هذه الأنماط.

تم العثور على الحل من قبل أ. أينشتاين في عام 1905. التفسير النظريالأنماط الملحوظة للتأثير الكهروضوئي قدمها أينشتاين على أساس فرضية م. بلانك القائلة بأن الضوء ينبعث ويمتص في أجزاء معينة، ويتم تحديد طاقة كل جزء من هذه الأجزاء من خلال الصيغة ه = حڤ، حيث ح- ثابت بلانك . اتخذ أينشتاين الخطوة التالية في تطوير مفاهيم الكم. وخلص إلى ذلك للضوء بنية متقطعة (منفصلة).. موجه كهرومغناطيسيةيتكون من أجزاء منفصلة - الكميات، سميت فيما بعد الفوتونات. عند التفاعل مع المادة، ينقل الفوتون كل طاقته بالكامل ح v إلكترون واحد. ويستطيع الإلكترون أن يبدد جزءًا من هذه الطاقة أثناء تصادمه مع ذرات المادة. بالإضافة إلى ذلك، يتم إنفاق جزء من طاقة الإلكترون للتغلب على الحاجز المحتمل عند واجهة الفراغ المعدني. للقيام بذلك، يجب على الإلكترون أن يؤدي وظيفة العمل أاعتمادًا على خصائص مادة الكاثود. يتم تحديد الحد الأقصى للطاقة الحركية التي يمكن أن يمتلكها الإلكترون الضوئي المنبعث من الكاثود بواسطة قانون حفظ الطاقة:

عادة ما تسمى هذه الصيغة معادلة أينشتاين للتأثير الكهروضوئي .

وباستخدام معادلة أينشتاين يمكن تفسير جميع قوانين التأثير الكهروضوئي الخارجي. ويتبع من معادلة أينشتاين الاعتماد الخطيالحد الأقصى للطاقة الحركية على التردد والاستقلال عن شدة الضوء، ووجود حدود حمراء، والتأثير الكهروضوئي الخالي من القصور الذاتي. الرقم الإجمالييجب أن تكون الإلكترونات الضوئية التي تغادر سطح الكاثود خلال ثانية واحدة متناسبة مع عدد الفوتونات الساقطة على السطح خلال نفس الوقت. ويترتب على ذلك أن تيار التشبع يجب أن يتناسب بشكل مباشر مع شدة تدفق الضوء.

كما يلي من معادلة أينشتاين، فإن ظل زاوية ميل الخط المستقيم يعبر عن اعتماد جهد الحجب ش h من التردد ν (الشكل 5.2.3)، يساوي النسبة ثابت بلانك حلشحنة الإلكترون ه:

أين ج- سرعة الضوء،  cr – الطول الموجي المقابل للحد الأحمر للتأثير الكهروضوئي. معظم المعادن لها وظيفة شغل أهي عدة إلكترون فولت (1 فولت = 1.602·10 –19 ي). في فيزياء الكم، غالبًا ما يُستخدم الإلكترون فولت كوحدة طاقة. قيمة ثابت بلانك، معبرا عنها بالإلكترون فولت في الثانية

من بين المعادن، العناصر القلوية لها أدنى وظيفة عمل. على سبيل المثال، الصوديوم أ= 1.9 فولت، وهو ما يتوافق مع الحد الأحمر للتأثير الكهروضوئي μ cr ≈ 680 نانومتر. لذلك اتصالات الفلزات القلويةتستخدم لإنشاء الكاثودات في الخلايا الضوئية ، مصممة لتسجيل الضوء المرئي.

لذا فإن قوانين التأثير الكهروضوئي تشير إلى أن الضوء، عند انبعاثه وامتصاصه، يتصرف كتيار من الجسيمات يسمى الفوتونات أو الكميات الخفيفة .

طاقة الفوتون هي

ويترتب على ذلك أن الفوتون لديه زخم

وهكذا، فإن عقيدة الضوء، بعد أن أكملت ثورة استمرت قرنين من الزمان، عادت مرة أخرى إلى أفكار جسيمات الضوء - الجسيمات.

لكن هذه لم تكن عودة ميكانيكية لنظرية نيوتن الجسيمية. في بداية القرن العشرين، أصبح من الواضح أن للضوء طبيعة مزدوجة. عندما ينتشر الضوء تظهر خصائصه الموجية (التداخل، الحيود، الاستقطاب)، وعندما يتفاعل مع المادة تظهر خصائصه الجسيمية (التأثير الكهروضوئي). وتسمى هذه الطبيعة المزدوجة للضوء ازدواجية موجة - جسيم . وفي وقت لاحق، تم اكتشاف الطبيعة المزدوجة للإلكترونات والجسيمات الأولية الأخرى. لا يمكن للفيزياء الكلاسيكية أن تقدم نموذجًا مرئيًا للجمع بين الموجة و الخصائص الجسيميةفي الكائنات الدقيقة. إن حركة الأجسام الدقيقة لا تخضع لقوانين الميكانيكا النيوتونية الكلاسيكية، بل للقوانين ميكانيكا الكم. إن نظرية إشعاع الجسم الأسود التي طورها م. بلانك ونظرية الكم لأينشتاين حول التأثير الكهروضوئي تكمن في أساس هذا العلم الحديث.

ب23 2) نظرية خاصةالنسبية، مثل أي نظرية فيزيائية أخرى، يمكن صياغتها على أساس المفاهيم والمسلمات الأساسية (البديهيات) بالإضافة إلى قواعد المراسلات مع الأشياء المادية.

المفاهيم الأساسية[عدل | تحرير نص الويكي]

يمثل النظام المرجعي جسمًا ماديًا معينًا تم اختياره كبداية لهذا النظام، وطريقة لتحديد موضع الأشياء بالنسبة لبداية النظام المرجعي، وطريقة لقياس الزمن. عادة ما يتم التمييز بين الأنظمة المرجعية وأنظمة الإحداثيات. إن إضافة إجراء قياس الوقت إلى نظام الإحداثيات "يحوله" إلى نظام مرجعي.

النظام المرجعي بالقصور الذاتي (IRS) هو نظام يتحرك فيه جسم، لا يخضع لتأثيرات خارجية، بشكل موحد ومستقيم. من المفترض وجود IFRs، وأي نظام مرجعي يتحرك بشكل موحد ومستقيم بالنسبة لنظام قصوري معين هو أيضًا IFR.

الحدث هو أي عملية فيزيائية يمكن تحديد موقعها في الفضاء وتكون مدتها قصيرة جدًا. بمعنى آخر، يتميز الحدث تمامًا بالإحداثيات (x، y، z) والوقت t. ومن أمثلة الأحداث: وميض الضوء، والموضع نقطة ماديةالخامس هذه اللحظةالوقت، الخ.

عادة ما يتم النظر في اثنين أنظمة القصور الذاتي S و S". ويشار إلى زمن وإحداثيات حدث معين، مقاسة بالنسبة للنظام S، بالرمز (t، x، y، z)، ويتم قياس إحداثيات ووقت نفس الحدث بالنسبة للنظام S "، كـ (t"، x"، y"، z"). من الملائم أن نفترض أن محاور الإحداثيات للأنظمة متوازية مع بعضها البعض، وأن النظام S" يتحرك على طول المحور السيني للنظام S بسرعة v. إحدى مشكلات SRT هي البحث عن علاقات الاتصال ( t"، x"، y"، z") و (t، x، y، z)، والتي تسمى تحويلات لورنتز.

مزامنة الوقت[عدل | تحرير نص الويكي]

يفترض SRT إمكانية تحديد وقت موحد ضمن نظام مرجعي بالقصور الذاتي معين. للقيام بذلك، تم تقديم إجراء لمزامنة ساعتين موجودتين في نقاط مختلفة في ISO. دع إشارة (ليست بالضرورة ضوئية) تُرسل من الساعة الأولى في لحظة الزمن (\displaystyle t_(1)) إلى الساعة الثانية بسرعة ثابتة (\displaystyle u). فور الوصول إلى الساعة الثانية (حسب قراءاتها في الوقت (\displaystyle T)) يتم إرسال الإشارة مرة أخرى بنفس السرعة الثابتة (\displaystyle u) وتصل إلى الساعة الأولى في الوقت (\displaystyle t_(2)) . تعتبر الساعات متزامنة إذا كانت العلاقة (\displaystyle T=(t_(1)+t_(2))/2) مستوفاة.

من المفترض أن مثل هذا الإجراء في إطار مرجعي بالقصور الذاتي يمكن تنفيذه لأي ساعات غير متحركة بالنسبة لبعضها البعض، وبالتالي فإن خاصية العبور صالحة: إذا كانت الساعات أمتزامنة مع الساعة ب، والساعة بمتزامنة مع الساعة ج، ثم الساعة أو جسيتم أيضًا مزامنتها.

على عكس الميكانيكا الكلاسيكية، لا يمكن إدخال الوقت الموحد إلا ضمن نظام مرجعي معين. في SRT لا يفترض أن الوقت مشترك بين الأنظمة المختلفة. هذا هو الفرق الرئيسي بين بديهيات SRT والميكانيكا الكلاسيكية، التي تفترض وجود وقت واحد (مطلق) لجميع الأنظمة المرجعية.

تنسيق وحدات القياس[عدل | تحرير نص الويكي]

من أجل مقارنة القياسات التي يتم إجراؤها في معايير ISO المختلفة مع بعضها البعض، من الضروري تنسيق وحدات القياس بين الأنظمة المرجعية. وبالتالي، يمكن الاتفاق على وحدات الطول من خلال مقارنة معايير الطول في اتجاه عمودي على الحركة النسبيةالأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي. على سبيل المثال يمكن أن يكون أقصر مسافةبين مسارات جسيمين يتحركان بالتوازي مع المحورين x وx" ولهما إحداثيات مختلفة ولكن ثابتة (y, z) و(y, z"). لتنسيق وحدات الوقت، يمكنك استخدام ساعات مبنية بشكل مماثل، على سبيل المثال ، الذرية.

مسلمات SRT[عدل | تحرير نص الويكي]

بادئ ذي بدء، في SRT، كما هو الحال في الميكانيكا الكلاسيكية، يفترض أن المكان والزمان متجانسان، والفضاء أيضا متناحي الخواص. لكي نكون أكثر دقة (النهج الحديث)، يتم تعريف الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي فعليًا على أنها أنظمة مرجعية يكون فيها الفضاء متجانسًا ومتناحٍ، والوقت متجانس. في جوهرها، يتم افتراض وجود مثل هذه الأنظمة المرجعية.

المسلمة 1 (مبدأ النسبية لأينشتاين). قوانين الطبيعة هي نفسها في جميع أنظمة الإحداثيات التي تتحرك بشكل مستقيم وموحد بالنسبة لبعضها البعض. هذا يعني انه استمارةيجب أن يكون اعتماد القوانين الفيزيائية على إحداثيات الزمكان هو نفسه في جميع ISOs، أي أن القوانين ثابتة فيما يتعلق بالانتقالات بين ISOs. ينص مبدأ النسبية على المساواة بين جميع ISOs.

مع الأخذ بعين الاعتبار قانون نيوتن الثاني (أو معادلات أويلر-لاغرانج في ميكانيكا لاغرانج)، يمكن القول أنه إذا كانت سرعة جسم معين في ISO معين ثابتة (التسارع صفر)، فيجب أن تكون ثابتة في جميع الأجسام الأخرى. إسو. يُؤخذ هذا أحيانًا على أنه تعريف ISO.

رسميًا، قام مبدأ النسبية لأينشتاين بتوسيع مبدأ النسبية الكلاسيكي (جاليليو) من المبدأ الميكانيكي إلى كل شيء الظواهر الفيزيائية. ومع ذلك، إذا أخذنا في الاعتبار أنه في زمن جاليليو، كانت الفيزياء تتكون فعليًا من الميكانيكا، فيمكن أيضًا اعتبار المبدأ الكلاسيكي منطبقًا على جميع الظواهر الفيزيائية. وينبغي أن تنطبق أيضا على الظواهر الكهرومغناطيسية، الموصوفة بمعادلات ماكسويل. ومع ذلك، وفقًا للأخير (ويمكن اعتبار ذلك مثبتًا تجريبيًا، نظرًا لأن المعادلات مشتقة من أنماط محددة تجريبيًا)، فإن سرعة انتشار الضوء هي قيمة معينة لا تعتمد على سرعة المصدر (على الأقل في عام واحد). نظام مرجعي). مبدأ النسبية في هذه الحالة يقول أنه لا ينبغي أن يعتمد على سرعة المصدر في جميع ISOs بسبب تساويها. وهذا يعني أنه يجب أن يكون ثابتًا في جميع معايير ISO. وهذا هو جوهر الفرضية الثانية:

المسلمة 2 (مبدأ سرعة الضوء الثابتة). إن سرعة الضوء في الفراغ هي نفسها في جميع أنظمة الإحداثيات التي تتحرك بشكل مستقيم وموحد بالنسبة لبعضها البعض.

مبدأ ثبات سرعة الضوء يتناقض مع الميكانيكا الكلاسيكية، وعلى وجه التحديد قانون جمع السرعات. عند اشتقاق الأخير، يتم استخدام مبدأ النسبية لجاليليو والافتراض الضمني لنفس الوقت في جميع ISOs فقط. ومن صحة المسلمة الثانية يترتب على ذلك أن الزمن لا بد أن يكون نسبي- ليس هو نفسه في ISO مختلفة. ويترتب على ذلك بالضرورة أن "المسافات" يجب أن تكون نسبية أيضًا. في الواقع، إذا كان الضوء يقطع المسافة بين نقطتين في وقت ما، وفي نظام آخر في وقت مختلف، وعلاوة على ذلك، بنفس السرعة، فإنه يترتب على ذلك مباشرة أن المسافة في هذا النظام يجب أن تكون مختلفة.

وتجدر الإشارة إلى أن الإشارات الضوئية، بشكل عام، ليست مطلوبة عند تبرير SRT. على الرغم من أن عدم ثبات معادلات ماكسويل فيما يتعلق بالتحولات الجليلية أدى إلى بناء STR، إلا أن الأخير أكثر عمومية بطبيعته وينطبق على جميع أنواع التفاعلات والعمليات الفيزيائية. الثابت الأساسي (\displaystyle c) الذي يظهر في تحويلات لورنتز منطقي ذروةسرعة القيادة الهيئات المادية. عددياً، فهي تتطابق مع سرعة الضوء، لكن هذه الحقيقة حسب الحديث نظرية الكميرتبط المجال (الذي تم إنشاء معادلاته في البداية على أنه ثابت نسبيًا) بانعدام الكتلة حقل كهرومغناطيسي(الفوتون). وحتى لو كانت كتلة الفوتون غير الصفر، فإن تحويلات لورنتز لن تتغير. لذلك، من المنطقي التمييز بين السرعة الأساسية (\displaystyle c) وسرعة الضوء (\displaystyle c_(em)). يعكس الثابت الأول الخصائص العامةالمكان والزمان، بينما الثاني يرتبط بخصائص تفاعل معين.

كما يتم استخدام مسلمة السببية: أي حدث يمكن أن يؤثر فقط على الأحداث التي تحدث بعده ولا يمكن أن يؤثر على الأحداث التي وقعت قبله. ومن مسلمة السببية واستقلال سرعة الضوء عن اختيار النظام المرجعي، يترتب على ذلك أن سرعة أي إشارة لا يمكن أن تتجاوز سرعة الضوء

B24 2) المفاهيم الأساسية للفيزياء النووية. النشاط الإشعاعي. أنواع الاضمحلال الإشعاعي.

فيزياء نوويةهو فرع من فروع الفيزياء يدرس بنية وخصائص النوى الذرية. تتعامل الفيزياء النووية أيضًا مع دراسة التحويل البيني للنوى الذرية، والذي يحدث نتيجة للتحلل الإشعاعي ونتيجة لمختلف العوامل. التفاعلات النووية. وتتعلق مهمتها الرئيسية بتوضيح طبيعة القوى النووية المؤثرة بين النيوكليونات وخصوصيات حركة النيوكليونات في النوى. البروتونات والنيوترونات- هذه هي أهمها الجسيمات الأوليةوالتي تشكل نواة الذرة. نيوكليونهو جسيم له حالتين مختلفتين من الشحنة: البروتون والنيوترون. تهمة الأساسية- عدد البروتونات الموجودة في النواة هو نفس العدد الذري للعنصر الموجود فيها الجدول الدوريمندليف. النظائر- أنوية لها نفس الشحنة إذا كان العدد الكتلي للنيوكليونات مختلفا.

الأيزوبار- هذه النوى لها نفس عدد النيوكليونات ولكن بشحنات مختلفة.

النويدةهي نواة محددة مع القيم. طاقة ربط محددةهي طاقة الربط لكل نيوكليون من النواة. يتم تحديده تجريبيا. الحالة الأرضية للنواة- هذه هي حالة النواة التي تمتلك أقل طاقة ممكنة، تعادل طاقة الربط. حالة متحمس للنواة- هذه هي حالة النواة التي تمتلك طاقة أكبر من طاقة الربط. ازدواجية موجة - جسيم. تأثير الصورةللضوء طبيعة موجية جسيمية مزدوجة، أي ازدواجية الموجة الجسيمية: أولاً: له خصائص موجية؛ ثانياً: يعمل كتيار من الجسيمات - الفوتونات. لا ينبعث الإشعاع الكهرومغناطيسي من الكميات فحسب، بل يتم توزيعه واستيعابه على شكل جزيئات (جسيمات) من المجال الكهرومغناطيسي - الفوتونات. الفوتونات هي في الواقع جسيمات موجودة في المجال الكهرومغناطيسي. توضيحهي طريقة لاختيار مدارات الإلكترون المقابلة للحالات الثابتة للذرة.

النشاط الإشعاعي

النشاط الإشعاعي -هي قدرة النواة الذرية على الاضمحلال تلقائيًا عن طريق انبعاث الجسيمات. التحلل التلقائي للنظائر النووية في ظل الظروف بيئة طبيعيةمُسَمًّى النشاط الإشعاعي الطبيعي - هذا هو النشاط الإشعاعي الذي يمكن ملاحظته في النظائر غير المستقرة الموجودة بشكل طبيعي. وفي الظروف المخبرية نتيجة للنشاط البشري – النشاط الإشعاعي الاصطناعي - هذا هو النشاط الإشعاعي للنظائر المكتسبة نتيجة للتفاعلات النووية. ويرافق النشاط الإشعاعي

تحول واحد عنصر كيميائيفي أخرى ويكون دائما مصحوبا بإطلاق الطاقة، وقد تم وضع تقديرات كمية لكل عنصر مشع. وبالتالي، فإن احتمال اضمحلال ذرة واحدة في ثانية واحدة يتميز بثابت الاضمحلال لعنصر معين، ويسمى الوقت الذي يضمحل فيه نصف العينة المشعة بعمر النصف. في ثانية واحدة يسمى نشاط الدواء المشع.وحدة النشاط في النظام الدولي للوحدات هي بيكريل (Bq): 1 Bq=1decay/1s.

الاضمحلال الإشعاعيهي عملية ثابتة تتحلل فيها نواة العنصر المشع بشكل مستقل عن بعضها البعض. أنواع التحلل الإشعاعي

الأنواع الرئيسية للتحلل الإشعاعي هي:

ألفا - الاضمحلال

جسيمات ألفا تنبعث فقط من النوى الثقيلة، أي. تحتوي رقم ضخمالبروتونات والنيوترونات. قوة النوى الثقيلة منخفضة. لكي يغادر النواة، يجب على النوكليون أن يتغلب على القوى النووية، ولهذا يجب أن يكون لديه طاقة كافية. عندما يتحد بروتونان ونيوترونان لتكوين جسيم ألفا، تكون القوى النووية في مثل هذا المزيج هي الأقوى، وتكون الروابط مع النيوكليونات الأخرى أضعف، وبالتالي يكون جسيم ألفا قادرًا على "الهروب" من النواة. يحمل جسيم ألفا المنبعث شحنة موجبة قدرها وحدتان وكتلة قدرها 4 وحدات. ونتيجة لاضمحلال ألفا يتحول العنصر المشع إلى عنصر آخر، رقم سريأي أقل بوحدتين، والعدد الكتلي أقل بأربع وحدات، والنواة التي تضمحل تسمى النواة الأم، والنواة المتكونة تسمى النواة الابنة. عادةً ما يتبين أيضًا أن النواة الابنة مشعة وتتحلل بعد مرور بعض الوقت. تحدث عملية التحلل الإشعاعي حتى تظهر نواة مستقرة، غالبًا ما تكون نواة الرصاص أو البزموت.

تظهر الأبحاث أن النوى الذرية هي تكوينات مستقرة. وهذا يعني أنه يوجد في النواة رابطة معينة بين النيوكليونات. يمكن إجراء دراسة هذا الارتباط دون إشراك معلومات حول طبيعة وخصائص القوى النووية، ولكن على أساس قانون الحفاظ على الطاقة.

دعونا نقدم التعاريف.

طاقة الربط للنوكليون في النواةتسمى كمية فيزيائية يساوي العمل، والتي يجب إنجازها لإزالة نواة معينة من النواة دون نقل الطاقة الحركية إليها.

ممتلىء طاقة الربط النوويةيتم تحديده من خلال العمل الذي يجب القيام به لتقسيم النواة إلى النيوكليونات المكونة لها دون نقل الطاقة الحركية إليها.

يستنتج من قانون حفظ الطاقة أنه عندما تتشكل نواة من النيوكليونات المكونة لها، يجب أن تتحرر طاقة مساوية لطاقة ربط النواة. من الواضح أن طاقة الارتباط للنواة تساوي الفرق بين الطاقة الإجمالية للنيوكليونات الحرة التي تشكل نواة معينة وطاقتها في النواة.

ومن المعروف من النظرية النسبية أن هناك علاقة بين الطاقة والكتلة:

ه = مللي ثانية 2. (250)

إذا من خلال ΔE سانتحدد الطاقة المنطلقة أثناء تكوين النواة، فإن إطلاق الطاقة هذا، وفقًا للصيغة (250)، يجب أن يرتبط بانخفاض الكتلة الكلية للنواة أثناء تكوينها من جزيئات مركبة:

Δm = ΔE سانت / من 2 (251)

إذا نشير بـ م ع , م ن , م أناعلى التوالي، كتل البروتون والنيوترون والنواة Δميمكن تحديدها بواسطة الصيغة:

مارك ألماني = [Zm п + (A-Z)m n]-م أنا . (252)

يمكن تحديد كتلة النوى بدقة شديدة باستخدام مطياف الكتلة - أدوات القياسفصل حزم الجسيمات المشحونة (عادة الأيونات) باستخدام المجالات الكهربائية والمغناطيسية رسوم محددة س/م. أظهرت القياسات الطيفية للكتلة أن كتلة النواة أقل من مجموع كتل النيوكليونات المكونة لها.

الفرق بين مجموع كتل النيوكليونات المكونة للنواة وكتلة النواة يسمى عيب الكتلة الأساسية(صيغة (252)).

وفقا للصيغة (251)، يتم تحديد طاقة ربط النيوكليونات في النواة بالتعبير:

ΔE SV = [زم ص+ (من الألف إلى الياء)م ن - م أنا ]مع 2 . (253)

الجداول عادة لا تظهر كتل النوى م أنا، وكتل الذرات م أ. لذلك، بالنسبة لطاقة الربط نستخدم الصيغة:

ΔE SV =[زم ه+ (من الألف إلى الياء)م ن - م أ ]مع 2 (254)

أين م ح- كتلة ذرة الهيدروجين 1 H 1. لأن م حأكثر السيد، بواسطة كتلة الإلكترون أنا ،فإن الحد الأول بين قوسين مربعين يتضمن كتلة الإلكترونات Z. ولكن، منذ كتلة الذرة م أتختلف عن كتلة النواة م أنافقط من خلال كتلة الإلكترونات Z، فإن الحسابات باستخدام الصيغتين (253) و(254) تؤدي إلى نفس النتائج.

في كثير من الأحيان، بدلا من الطاقة الملزمة للنواة، يعتبرون طاقة ربط محددةدي شمال شرقهي طاقة الربط لكل نيوكليون واحد من النواة. إنه يميز استقرار (قوة) النوى الذرية، أي أكثر دي شمال شرقكلما كان القلب أكثر استقرارًا . تعتمد طاقة الربط المحددة على العدد الكتلي أعنصر. بالنسبة للنوى الخفيفة (A £ 12)، ترتفع طاقة الارتباط المحددة بشكل حاد إلى 6 ¸ 7 MeV، وتخضع لعدد من القفزات (انظر الشكل 93). على سبيل المثال، ل دي شمال شرق= 1.1 ميجا إلكترون فولت، لـ -7.1 ميجا إلكترون فولت، لـ -5.3 ميجا إلكترون فولت. مع زيادة أخرى في العدد الكتلي dE، يزداد SV بشكل أبطأ إلى قيمة قصوى تبلغ 8.7 MeV للعناصر ذات أ=50¸60، ثم يتناقص تدريجياً ل العناصر الثقيلة. على سبيل المثال، هو 7.6 MeV. دعونا نلاحظ للمقارنة أن طاقة الربط لإلكترونات التكافؤ في الذرات تبلغ حوالي 10 فولت (10 6 مرات أقل).

على منحنى طاقة الارتباط المحددة مقابل العدد الكتلي للنوى المستقرة (الشكل 93)، يمكن ملاحظة الأنماط التالية:

أ) إذا تجاهلنا النوى الأخف وزنًا، فعندئذٍ تقريبًا صفر، إذا جاز التعبير، تكون طاقة الارتباط المحددة ثابتة وتساوي تقريبًا 8 ميجا فولت لكل

نيوكليون. يشير الاستقلال التقريبي لطاقة الربط المحددة عن عدد النيوكليونات إلى خاصية التشبع للقوى النووية. هذه الخاصية هي أن كل نيوكليون لا يمكنه التفاعل إلا مع العديد من النيوكليونات المجاورة.

ب) طاقة الارتباط المحددة ليست ثابتة تمامًا، ولكن لها حد أقصى (~ 8.7 MeV/nucleon) عند أ= 56، أي في منطقة نوى الحديد، ويتناقص باتجاه كلا الحافتين. الحد الأقصى للمنحنى يتوافق مع النوى الأكثر استقرارا. من المفيد بقوة أن تندمج النوى الأخف مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة النووية الحرارية. أما بالنسبة للنوى الأثقل، على العكس من ذلك، فإن عملية الانشطار إلى شظايا مفيدة، والتي تحدث مع إطلاق طاقة تسمى الذرية.

الأكثر استقرارًا هي ما يسمى بالنوى السحرية، حيث يكون عدد البروتونات أو عدد النيوترونات مساويًا لأحد الأعداد السحرية: 2، 8، 20، 28، 50، 82، 126. النوى السحرية المزدوجة بشكل خاص مستقرة، حيث عدد البروتونات وعدد النيوترونات. لا يوجد سوى خمسة من هذه النوى: , , , , .

يتم تجميع النيوكليونات الموجودة داخل النواة معًا بواسطة القوى النووية. يتم الاحتفاظ بهم بواسطة طاقة معينة. من الصعب جدًا قياس هذه الطاقة بشكل مباشر، ولكن يمكن قياسها بشكل غير مباشر. ومن المنطقي أن نفترض أن الطاقة اللازمة لكسر رابطة النيوكليونات في النواة ستكون مساوية أو أكبر من الطاقة التي تربط النيوكليونات معًا.

ربط الطاقة والطاقة النووية

أصبح الآن من السهل قياس هذه الطاقة المطبقة. ومن الواضح أن هذه القيمة ستعكس بدقة شديدة كمية الطاقة التي تحمل النيوكليونات داخل النواة. ولذلك، فإن الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لتقسيم النواة إلى نيوكليونات فردية يسمى طاقة الربط النووية.

العلاقة بين الكتلة والطاقة

نحن نعلم أن أي طاقة ترتبط بكتلة الجسم بنسبة مباشرة. ولذلك فمن الطبيعي أن تعتمد طاقة الارتباط للنواة على كتلة الجزيئات التي تشكل هذه النواة. تأسست هذه العلاقة على يد ألبرت أينشتاين في عام 1905. ويسمى قانون العلاقة بين الكتلة والطاقة. وفقًا لهذا القانون، فإن الطاقة الداخلية لنظام من الجسيمات أو طاقة الراحة تتناسب طرديًا مع كتلة الجسيمات التي يتكون منها هذا النظام:

حيث E هي الطاقة، m هي الكتلة،
ج هي سرعة الضوء في الفراغ.

تأثير العيب الشامل

لنفترض الآن أننا قسمنا نواة الذرة إلى النيوكلونات المكونة لها أو أخذنا عددًا معينًا من النيوكليونات من النواة. لقد أنفقنا بعض الطاقة للتغلب على القوى النووية، لأننا عملنا بالفعل. في حالة العملية العكسية - تخليق النواة، أو إضافة النيوكليونات إلى نواة موجودة بالفعل، سيتم إطلاق الطاقة، وفقا لقانون الحفظ، على العكس من ذلك. عندما تتغير الطاقة الباقية لنظام من الجسيمات بسبب بعض العمليات، فإن كتلتها تتغير وفقًا لذلك. الصيغ في هذه الحالة سيكون على النحو التالي:

∆م=(∆E_0)/ج^2أو ∆E_0=∆mc^2,

حيث ∆E_0 هو التغير في الطاقة المتبقية لنظام الجسيمات،
∆m – التغير في كتلة الجسيمات.

على سبيل المثال، في حالة اندماج النيوكليونات وتكوين النواة، فإننا نشهد إطلاقًا للطاقة وانخفاضًا في الكتلة الإجمالية للنيوكليونات. يتم نقل الكتلة والطاقة بعيدًا عن طريق الفوتونات المنبعثة. هذا هو تأثير العيب الشامل. تكون كتلة النواة دائمًا أقل من مجموع كتل النيوكليونات التي تشكل هذه النواة. عدديا، يتم التعبير عن العيب الشامل على النحو التالي:

∆م=(Zm_p+Nm_n)-M_я،

حيث M_i هي كتلة النواة،
Z هو عدد البروتونات في النواة،
N هو عدد النيوترونات في النواة،
m_p – كتلة البروتون الحر،
m_n هي كتلة النيوترون الحر.

القيمة ∆m في الصيغتين أعلاه هي الكمية التي تتغير بها الكتلة الكلية لجزيئات النواة عندما تتغير طاقتها بسبب التمزق أو الاندماج. وفي حالة التوليف، ستكون هذه الكمية عيبًا جماعيًا.

طاقة الربط للنوكليون في النواةهي كمية فيزيائية تساوي الشغل الذي يجب بذله لإزالة نواة معينة من النواة دون نقل الطاقة الحركية إليها.

ه = مللي ثانية 2. (250)

إذا من خلال ΔE سانتتشير إلى الطاقة المنطلقة أثناء تكوين النواة، ثم يجب أن يرتبط إطلاق الطاقة هذا، وفقًا للصيغة (250)، بانخفاض الكتلة الكلية للنواة أثناء تكوينها من الجزيئات المكونة:

Δm = ΔE سانت / من 2 (251)

إذا نشير بـ م ع , م ن , م أناعلى التوالي، كتل البروتون والنيوترون والنواة Δميمكن تحديدها بواسطة الصيغة:

مارك ألماني = [Zm п + (A-Z)m n]-م أنا . (252)

يمكن تحديد كتلة النوى بدقة شديدة باستخدام مقاييس الطيف الكتلي - وهي أدوات قياس تفصل حزم الجسيمات المشحونة (عادة الأيونات) بشحنات محددة مختلفة باستخدام المجالات الكهربائية والمغناطيسية. س/م. أظهرت القياسات الطيفية للكتلة أن كتلة النواة أقل من مجموع كتل النيوكليونات المكونة لها.

الفرق بين مجموع كتل النيوكليونات المكونة للنواة وكتلة النواة يسمى عيب الكتلة الأساسية(صيغة (252)).

وفقا للصيغة (251)، يتم تحديد طاقة ربط النيوكليونات في النواة بالتعبير:

ΔE SV = [زم ص+ (من الألف إلى الياء)م ن - م أنا ]مع 2 . (253)

الجداول عادة لا تظهر كتل النوى م أنا، وكتل الذرات م أ. ولذلك، بالنسبة لطاقة الربط نستخدم الصيغة

ΔE SV =[زم ه+ (من الألف إلى الياء)م ن – م أ ]مع 2 (254)

في كثير من الأحيان، بدلا من الطاقة الملزمة للنواة، يعتبرون طاقة ربط محددةدي شمال شرقهي طاقة الربط لكل نيوكليون من النواة. إنه يميز استقرار (قوة) النوى الذرية، أي أكثر دي شمال شرقكلما كان القلب أكثر استقرارًا . تعتمد طاقة الربط المحددة على العدد الكتلي أعنصر. بالنسبة للنوى الخفيفة (A £ 12)، ترتفع طاقة الارتباط المحددة بشكل حاد إلى 6 ¸ 7 MeV، وتخضع لعدد من القفزات (انظر الشكل 93). على سبيل المثال، ل دي شمال شرق=1.1 ميجا إلكترون فولت، لـ -7.1 ميجا إلكترون فولت، لـ -5.3 ميجا إلكترون فولت. مع زيادة أخرى في العدد الكتلي dE، يزداد SV بشكل أبطأ إلى قيمة قصوى تبلغ 8.7 MeV للعناصر ذات أ=50¸60 ثم يتناقص تدريجياً بالنسبة للعناصر الثقيلة. على سبيل المثال، هو 7.6 MeV. دعونا نلاحظ للمقارنة أن طاقة الربط لإلكترونات التكافؤ في الذرات تبلغ حوالي 10 فولت (10 6 مرات أقل). على منحنى طاقة الارتباط المحددة مقابل العدد الكتلي للنوى المستقرة (الشكل 93)، يمكن ملاحظة الأنماط التالية: