dnes je středa 18. září 2019, svátek má Kryštof  17:45  
    Encyklopedie Energie  -> Výklad
        
     Rozšířené hledání
     Menu
  Encyklopedie Energie
    Výklad
    Slovník
    Pokusy
    O encyklopedii
    RAO
    Schémata Elektráren
  Bheliom
  Objednávka

VAZEBNÁ ENERGIE JADER

Jaderné síly

Jakmile se zjistilo, že jádro atomu se skládá z protonů a neutronů, vznikla otázka, jaké síly drží tyto částice pohromadě v atomovém jádře. 

Stavba atomu - schématický obrázek atomu kyslíku. Tento atom kyslíku má 8 protonů, 8 neutronů a 8 elektronů. Tento izotop má
v přírodní směsi zastoupení 99,76 %.

Je zřejmé, že tyto síly nemohou být elektrické, neboť dva kladně nabité protony se podle Coulombova zákona odpuzují. Ani přitažlivá gravitační síla toho mnoho nezachrání, protože po výpočtu zjistíme, že je asi 1036krát slabší než odpudivá elektrická. Zřejmě jde o nový druh sil, které se nazývají jaderné síly. O vysvětlení jejich podstaty se významně zasloužil japonský fyzik H. Yukawa v roce 1935. Přitažlivé jaderné síly jsou asi tisíckrát silnější než síly elektromagnetické, ale mají velmi nepatrný dosah. Začínají působit teprve tehdy, když jsou nukleony tak těsně u sebe, že se téměř dotýkají (je to podobné jako u lepivých bonbonů, které také drží spolu teprve tehdy, když se dotýkají). Další vlastností těchto sil je, že jsou nábojově nezávislé. To znamená, že mají stejnou velikost mezi dvěma protony, dvěma neutrony i mezi protonem a neutronem.

Hmotnostní schodek a vazebná energie

V roce 1919 sestrojil britský chemik F. W. Aston nový typ hmotnostního spektrografu (přístroje, kterým se dá zjišťovat přesná hmotnost izotopů prvků podle jejich pohybu v elektrických a magnetických polích). Při měřeních zjistil, že hmotnost atomových jader je o něco nižší než součet hmotností jednotlivých nukleonů, které jádra tvoří. Rozdílu mezi oběma hmotnostmi říkáme hmotnostní schodek jádra. K vysvětlení tohoto poznatku nám stačí opět vzorec Alberta Einsteina.

Názorné vysvětlení hmotnostního schodku. Volné nukleony jsou těžší než jádro z nich vytvořené. Rozdíl hmotností nazýváme hmotnostní schodek.

Atomové jádro je vázaný systém částic. Představme si, že bychom chtěli jádro rozdělit na jednotlivé nukleony. Museli bychom překonat soudržnost nukleonů vázaných jadernými silami a dodat jim energii. Jestliže však částici dodáme energii, vzroste její hmotnost. Volné nukleony musí být tedy těžší než vázaná soustava nukleonů. Naopak při spojení protonů a neutronů do jednoho jádra snižuje jejich energii práce přitažlivých jaderných sil, dochází k uvolnění stejně velké energie a k úbytku hmotnosti. Energie volných nukleonů je tedy větší než energie jádra, které z nich složíme, o rozdíl nazývající se vazebná energie.
To platí i obecně: každá částice ve vesmíru patří k nějakému systému (jádro, atom, molekula, krystal, planeta ...). Pokud chceme částici od systému oddělit, musíme jí dodat energii větší, než kterou je v systému vázána. Přináležitost částice k nějakému systému je tedy charakterizována vazebnou energií Ev, kterou částice musí za vstup do systému "zaplatit". Přitom sníží svou hmotnost o hodnotu m = Ev . c-2.
Podle toho vazebnou energii, jádra chápeme i jako míru jeho stability. Čím je vazebná energie jádra větší, tím je nesnadnější rozložit ho na jednotlivé volné nukleony.

Princip hmotnostního spektrografu. Ionty jsou nejprve urychleny elektrickým polem a potom procházejí magnetickým polem, které je orientováno kolmo na směr jejich pohybu. Poloměr zakřivení drah iontů je
přímo úměrný hmotnosti částic.

 

Řekněme si ještě pár slov o vazebných energiích atomu a molekuly. Podle předchozího výkladu bude vazebná energie atomu Eva energie potřebná k oddělení elektronového obalu od jádra atomu a vazebná energie molekuly Evm energie potřebná k oddělení jednotlivých atomu molekuly od sebe. O jak velké hodnoty energie jde? Měřením a výpočty byly získány následující výsledky:
Vazebná energie jader je velká, pohybuje se od 2,22 MeV (pro deuteron -jádro těžkého vodíku 2/1H) až po 1800 MeV (pro těžká jádra).
Vazebná energie atomu nepřevyšuje 0,12 MeV, vazebná energie elektronu v atomu vodíku je 13,6 eV. Vazebná energie atomů v molekulách je pouze několik eV.




simopt@simopt.cz
    Zajímavé odkazy Reklama na energyWebu    
    Počítadlo přístupů
   
16613485

Creative Commons License
energyWeb is licensed under a Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0 Unported License.
Based on a work at http://www.energyweb.cz. Permissions beyond the scope of this license may be available at www.energyweb.cz.