一切物质都是由原子构成的。原子中存在着称为中子、质子和电子的亚原子粒子。我们知道质子和中子在一个叫做原子核的核心中结合在一起。你看到它需要能量吗?质子是带正电荷的,要使这些粒子保持相同的电荷,就需要能量。核结合能源于这个概念。
据观察,原子核各组成部分的质量总和高于原子核的质量总和。这意味着在结合过程中会损失一些质量。这种质量差也被称为质量缺陷,它与著名的爱因斯坦方程E=mc2的结合能直接相关,其中E=核结合能,m=质量差或质量缺陷,c=光速
我们现在来看看如何计算原子的核结合能。我们拿12美分。
第一步:计算质量缺陷(m)
使用表中给出的信息。
微粒 | 质量(kg) | 质量(u) | 质量(MeV/C2) |
凌晨1点 | 1.660540 x 10-27毫米 公斤 | 1.000库存 | 931.5兆电子伏/平方厘米 |
中子 | 1.674929 x 10-27毫米 公斤 | 1.008664库存 | 939.57兆电子伏/平方厘米 |
质子 | 1.672623 x 10-27毫米 公斤 | 1.007276库存 | 938.28兆电子伏/平方厘米 |
电子 | 9.109390 x 10-31毫米 公斤 | 0.00054858库存 | 0.511兆电子伏/平方厘米 |
12C有6个质子、6个中子和6个电子。
质量缺陷=单个亚原子粒子的总质量-原子质量
=6*1.008664库存+6*1.007276库存+6*0.00054858库存–12.000库存
=0.098931库存
第二步:现在,应用E=mc2方程来计算核结合能。
结合能=(1.660540 x 10-27 kg(每a.m.u)*0.098931)*(3*10 8 ms-1)2
或者可以直接计算核结合能,把它转换成MeV,
=0.098931 u*931.5 MeV/u
=92.15兆电子伏
为什么我们费心把通常的能量单位焦耳转换成兆电子伏?
结合能通常用MeV表示,因为它是一个非常大的能量,用eV表示说明了电荷在结合能形成中的作用。
其他约定:
a) 以每摩尔能量表示的核结合能
一旦结合能被发现,“每个原子”简单地乘以阿瓦伽德罗数,即6.022x1023mol-1。
如果结合能用焦耳表示,你可能想把它转换成kJ,因为这个值更高。为此,将答案除以1000。
b) 以每核子MeV的形式表达结合
核子是组成原子核的粒子(质子和中子)。一旦发现结合能,就用原子中的核子数除以这个值。在12c的情况下,它应该除以12。
为什么这很重要?
在核反应中,了解核结合能是极其重要的。当核反应发生时,这些结合能是控制或保持其发生概率的关键因素。
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