Номер 4, страница 217 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

4. Что называют энергией ядерной реакции?

4.

Энергией ядерной реакции (или энергетическим выходом ядерной реакции) называют разность между суммарной энергией покоя частиц, вступающих в реакцию, и суммарной энергией покоя частиц, образующихся в результате реакции. Эта величина показывает, какая энергия выделяется или поглощается в процессе ядерного превращения.

Основой для понимания энергии ядерной реакции служит знаменитое уравнение Альберта Эйнштейна, устанавливающее эквивалентность массы и энергии:

$E = mc^2$

где $E$ – энергия, $m$ – масса, а $c$ – скорость света в вакууме. В ходе ядерной реакции суммарная масса покоя частиц изменяется. Это изменение массы, называемое дефектом масс реакции $(\Delta m)$, преобразуется в энергию согласно этому уравнению.

Для общей ядерной реакции вида $A + a \rightarrow B + b$, где $A$ и $a$ – исходные частицы, а $B$ и $b$ – продукты реакции, дефект масс вычисляется как:

$\Delta m = (m_A + m_a) - (m_B + m_b)$

Энергия ядерной реакции $Q$ определяется формулой:

$Q = \Delta m \cdot c^2 = [(m_A + m_a) - (m_B + m_b)] \cdot c^2$

Энергия реакции также может быть выражена через изменение кинетической энергии частиц:

$Q = E_{k, \text{конечная}} - E_{k, \text{начальная}}$

где $E_{k, \text{конечная}}$ – суммарная кинетическая энергия продуктов реакции, а $E_{k, \text{начальная}}$ – суммарная кинетическая энергия исходных частиц.

В зависимости от знака величины $Q$ ядерные реакции делятся на два типа:

• Экзотермические реакции: реакции, идущие с выделением энергии. Для них $Q > 0$, что означает, что масса продуктов реакции меньше массы исходных частиц $(\Delta m > 0)$. Высвободившаяся энергия передается продуктам реакции в виде кинетической энергии.
• Эндотермические реакции: реакции, идущие с поглощением энергии. Для них $Q < 0$, что означает, что масса продуктов реакции больше массы исходных частиц $(\Delta m < 0)$. Такая реакция возможна только в том случае, если исходные частицы обладают достаточной начальной кинетической энергией, чтобы компенсировать дефицит энергии.

Энергию реакции также можно определить через энергии связи ядер. Энергия связи – это энергия, которая удерживает нуклоны (протоны и нейтроны) вместе в ядре. Энергетический выход равен разности суммарной энергии связи продуктов реакции и суммарной энергии связи исходных ядер.

Ответ: Энергией ядерной реакции называют величину, равную разности суммарных энергий покоя частиц до реакции и после реакции. Она характеризует выделение ($Q>0$) или поглощение ($Q<0$) энергии в ходе ядерного превращения и вычисляется как произведение дефекта масс реакции $\Delta m$ на квадрат скорости света $c^2$.