Как найти энергию связи альфа частицы

Энергия связи — прекрасное понятие физики, которое можно определить как «небольшое количество энергии, необходимое для разборки системы частиц на отдельные атомы».

Вообще нуклоны в ядре, т. е. протоны и нейтроны, прилипают друг к другу с большой силой. Энергия связи помогает им быть отделенными друг от друга. В этом посте вы узнаете, как рассчитать энергию связи для различных типов частиц.

Энергия связи любой частицы следует знаменитому соотношению массы и энергии Эйнштейна, которое объясняет преобразование массы в энергию. В следующем разделе мы предоставили информацию о том, как рассчитать энергию связи атома, электрона и различных других типов.

Шаги, представленные ниже, должны быть выполнены для расчета энергии связи.

• Сначала найдите дефект массы данной системы, используя соотношение массы и энергии Эйнштейна.
• Преобразуйте дефект массы в энергию, представляющую энергию связи, необходимую для разрыва системы частиц.
• Выразите полученную энергию связи через энергию на моль атома или энергию на нуклон.

Как рассчитать энергию связи атома?

Энергия связи рассеивает все частицы в системе и относится к субатомной системе атомных ядер.

Энергия связи атома разделяет атом на свободные электроны и составляющее его ядро. Энергия связи атома переносится в присутствии фотона в качестве посредника за счет электромагнитного взаимодействия между электроном и ядром.

Давайте решим приведенную ниже примерную задачу о том, как рассчитать энергию связи атома.

Найдите энергию связи меди-63

Решение:

Масса данного атома меди-63 равна 1.66054×10^-27кг, а скорость света 2.99×10⁸РС.

Таким образом, энергия связи атома меди рассчитывается путем подстановки приведенных выше значений в отношение масса-энергия как;

BE_Cu=(1.66054×10^-27)(2.99×10⁸)²

BE_Cu= 1.4845 × 10^-10J.

Как рассчитать энергию связи на нуклон?

Поскольку мы знаем, что для удержания нуклонов в ядре требуется некоторая энергия, эта энергия есть не что иное, как энергия связи.

Нуклоны — это не что иное, как большое количество протонов и нейтронов внутри ядра. Внутри ядра будет возникать сильное отталкивание между положительными зарядами и протоном, поэтому для удержания протона и нейтрона вместе требуется некоторая энергия, известная как энергия связи. Энергия связи, которой обладают отдельные протоны и нейтроны, дает энергию связи на нуклон.

Вышеупомянутый вопрос заключается в том, как рассчитать энергию связи на нуклон. Чтобы ответить, необходимо выполнить шаги.

• Первым шагом является проверка атомного номера и массового числа данного ядра, которые должны быть уравновешены в реакции.
• Далее подсчитывают общую массу до и после реакции.
• Общая масса до и после реакции создает разницу в массе, поэтому эту разницу в массе необходимо рассчитать.
• Когда все процедуры выполнены, найдите энергию связи, используя релевантность массы-энергии.
• Наконец, разделите полученную энергию связи на массовое число данного ядра, чтобы получить энергию связи на нуклон.

Например, энергия связи ²⁰₁₀N можно рассчитать, учитывая, что дефект массы составляет 0.1725 а.е.м.

Поскольку мы знаем дефект массы данного ядра Ne, атомный номер и массовое число Ne равны Z=10 и A=20 соответственно.

БЭ=Δmc² дает энергию связи

BE=0.1725 а.е.м.×с²

Но 1 а.е.м. = 931.5 МэВ/c²

Таким образом, энергия связи на нуклон может быть записана как

BE_N=8.034 МэВ

Как рассчитать энергию связи электрона?

Электроны — это естественно отрицательно заряженные частицы, вращающиеся вокруг ядра. Поскольку внутри ядра находится огромное количество положительных зарядов, электрон, вращающийся вокруг ядра, притягивается к ядру.

К электрону необходимо приложить некоторую энергию, чтобы устранить это притяжение между ядром и электроном. Поскольку окружающее ядро ​​состоит из электронов, возникнет электрон-электронное отталкивание, что сделает задачу неразрешимой. Но спин-орбитальное взаимодействие и расщепление электрона на разные уровни помогают рассчитать энергию связи.

Формула энергии связи электрона основного уровня: БЫТЬ=Е₀Z²

Где E₀ — энергия основного состояния, а Z — атомный номер данного ядра.

электрона энергия связи также называется «Потенциал ионизации».

• Электронная конфигурация данного ядра должна быть известна и определена, с какого уровня вылетел электрон.
• Найдите длину волны, соответствующую выброшенному состоянию.
• Разница между энергетическим уровнем электрона с длиной волны, умноженной на 1.2395 × 10^-4 дает энергию связи этого электрона.
• Выразите полученную энергию связи в электрон-вольтах; где 1 эВ=1.602×10^-19J.

Как рассчитать энергию связи альфа-частицы?

Альфа-частица из ядра гелия испускается радиоактивный элемент в результате распада процесс.

Альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов, поэтому энергия, необходимая для их отделения от ядра, является энергией связи. Сначала необходимо найти общую общую массу ядер альфа-частиц.

Формула дает энергию связи альфа-частицы после двух шагов.

• Первый шаг – это разница в массе, заданная формулой; Δm = масса альфа-частиц-объединенная масса ядер
• Затем найдите энергию связи, используя соотношение массы и энергии Эйнштейна. БЭ=Δmc².

Как рассчитать энергию связи металла?

Энергию связи металла можно определить как количество энергии, необходимое для выброса электрона с поверхности металла.

Пороговая частота металла усиливает энергию связи металла.

Давайте решим пример задачи, чтобы понять, как рассчитать энергию связи, пороговая частота которой составляет 4.83 × 10¹⁴s^-1.

Энергия и пороговая частота связаны уравнением E=hν, где h — постоянная Планка, а ν — пороговая частота.

Подставляя значение ν и постоянную Планка, получаем

Е=(6.626×10^-34)(4.83×10¹⁴)

Е=3.20×10^-19

Энергия связи на атом металла может быть получена путем умножения энергии на число Авогадро. Выражается как

БЭ=(3.20×10^-19)(6.023×10²³)

БЭ=192.73×10³J.

Как рассчитать энергию связи по дефекту массы?

Дефект массы определяет разницу между фактической массой и предсказанной массой данного ядра. Предсказанная масса есть не что иное, как массы нейтрона и протона вместе взятые.

Масса нуклонов всегда больше фактической массы ядра; таким образом, некоторые массы теряются при высвобождении определенного количества энергии. Энергия, высвобождаемая таким образом в форме восстановления, создает небольшую недостающую массу, называемую дефектом массы.

Упомянутая ниже формула дает дефект массы

Δm=(Zm_p+Нм_n)-М_A

Где; Δm — дефект массы, Z — число протонов, N — число нейтронов, m_p – масса протона, м_n – масса нейтрона, а M_A это масса ядра.

И, наконец, энергия связи BE=Δmc².

Решенные примеры задач

Рассчитайте энергию связи электрона в основном состоянии, спектр которого находится в третьей бальмеровской линии на длине волны 108.5 нм для атома водорода.

Решение:

Энергия связи электрона на основном уровне определяется выражением

BE_g=E₀Z²

Волновое число на Третьей бальмеровской линии равно

Обратная величина волнового числа дает длину волны, таким образом

Подставляя значения

Подставляя h=6.626×10^-34 и с=3×10⁸; получаем hc=1.9878×10^-25.

BE_g=54.45 эВ.

Как рассчитать энергию связи альфа-частицы, если масса частицы 4.001265 а.е.м., масса нейтрона 1.00866 а.е.м., а масса протона 1.007277 а.е.м.?

Решение:

Дефект массы можно рассчитать как

Δm=2(м_p+m_n)-М_α

Δm=2(1.007277+1.00866)- 4.001265

Δm=4.0318-4.001265

Δm=0.0306.

Энергия связи E=Δmc²

Е=28.44 МэВ

Вычислите энергию связи, приходящуюся на нуклон ₇¹⁴ядра N, а также определить дефект массы. Учитывая массу азота, ядро ​​равно 14.00307u.

Решение:

Мы знаем, что масса протона m_p= 1.00783 а.е.м.

Масса нейтрона m_n= 1.00867 а.е.м.

Дефект массы определяется выражением

Δm=(Zm_p+Нм_n)-М_A

Δm=(7×1.00783+7×1.00867)-14.00307

Δm=0.1124 а.е.м.

Энергия связи BE=Δm×931.5

БЭ=0.1124×931.5

BE=104.72 МэВ

Энергия связи на нуклон

BE_N=7.4806 МэВ.