Энергия связи атомных ядер

Слайд 1. Энергия связи атомных ядер

Как удерживаются частицы внутри атома и откуда берется ядерная энергия

Слайд 2. Из чего состоит ядро?

Ядро атома состоит из нуклонов — общего названия для протонов и нейтронов.

Протоны ($p$): имеют положительный заряд $+e$.

Нейтроны ($n$): электрически нейтральны.

Нуклоны удерживаются вместе особыми ядерными силами.

Массовое число $A$ — это сумма протонов $Z$ и нейтронов $N$.

Слайд 3. Загадка массы: Дефект массы

Если взвесить все протоны и нейтроны отдельно, их суммарная масса будет больше, чем масса готового ядра. Это кажется невозможным, но это факт.

При объединении нуклонов в ядро часть их массы «исчезает». Эта разница называется дефектом массы: $\Delta M=(Z\cdot m_p+N\cdot m_n)-M_{\text{яд}}$.

Слайд 4. Куда уходит масса?

Согласно формуле Эйнштейна $E=\Delta m\cdot c^2$, масса и энергия эквивалентны.

«Исчезнувшая» масса превращается в энергию, которая выделяется при образовании ядра. Чтобы снова разобрать ядро на отдельные частицы, нужно затратить точно такую же энергию. Это и есть энергия связи.

Слайд 5. График удельной энергии связи

Слайд 6. Как решить задачу на энергию связи?

1. Определите состав ядра: сколько в нем протонов $Z$ и нейтронов $N$.

2. Найдите массу покоя всех частиц по отдельности (в а.е.м.).

3. Найдите массу ядра (из справочника).

4. Вычислите дефект массы $\Delta M$.

5. Переведите массу в энергию: $E_{\text{св}}=\Delta M\cdot 931,5$ МэВ.

6. Для нахождения удельной энергии разделите результат на $A$.

Слайд 7. Свойства ядерных сил

Действуют только на расстояниях порядка $10^{-15}$ м. Это размер самого ядра.

В десятки раз мощнее электрического отталкивания протонов. Это самые мощные силы в природе.

Нуклон взаимодействует только с ближайшими соседями, а не со всем ядром сразу.

Слайд 8. Практическое применение

Деление тяжелых ядер (Уран): используется на АЭС для получения электричества.

Синтез легких ядер (Водород): источник энергии звезд и перспективный термоядерный синтез.

Слайд 9. Вопросы для обсуждения

Почему ядра с массовым числом около 60 (железо) называют «самыми прочными»?

Что произойдет, если энергия связи станет отрицательной?

Почему для получения энергии тяжелые ядра нужно делить, а легкие — соединять?

Может ли существовать ядро, состоящее только из 10 протонов без нейтронов?

Слайд 10. Главное о ядерной энергии

Ядро удерживается ядерными силами, которые сильнее электрических.

Масса ядра всегда меньше суммы масс его нуклонов (дефект массы).

Энергия связи $E_{\text{св}}=\Delta m{c}^2$ выделяется при сборке ядра из частиц.

Удельная энергия связи определяет, насколько ядро устойчиво к распаду.

Ядерные реакции (деление и синтез) — самый эффективный способ получения энергии.