Номер 4, страница 223 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

4. Что определяет удельная энергия связи ядра?

3. Что такое энергия связи ядра? Как она определяется?

Энергия связи атомного ядра — это минимальная энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на составляющие его нуклоны (протоны и нейтроны). Эта же энергия выделяется при образовании ядра из отдельных нуклонов.

Существование энергии связи является следствием одного из фундаментальных законов физики — закона взаимосвязи массы и энергии. Экспериментально установлено, что масса любого атомного ядра $M_я$ всегда меньше суммы масс составляющих его протонов и нейтронов в свободном состоянии. Эта разница масс называется дефектом масс.

Дефект масс $\Delta m$ рассчитывается по формуле:
$\Delta m = (Z \cdot m_p + N \cdot m_n) - M_я$,
где:
$Z$ — число протонов в ядре (зарядовое число);
$N$ — число нейтронов в ядре ($N = A - Z$, где $A$ — массовое число);
$m_p$ — масса свободного протона;
$m_n$ — масса свободного нейтрона;
$M_я$ — масса ядра.

Согласно знаменитой формуле Эйнштейна, связывающей массу и энергию ($E=mc^2$), дефект масс соответствует энергии связи ядра. Энергия связи определяется как произведение дефекта масс на квадрат скорости света в вакууме ($c$).

Формула для определения энергии связи ядра:
$E_{св} = \Delta m \cdot c^2 = [(Z \cdot m_p + N \cdot m_n) - M_я] \cdot c^2$

Ответ: Энергия связи ядра — это энергия, которая выделяется при образовании ядра из отдельных нуклонов, или, что эквивалентно, минимальная энергия, необходимая для расщепления ядра на составляющие его нуклоны. Она определяется на основе дефекта масс (разности между суммой масс свободных нуклонов и массой ядра) по формуле Эйнштейна: $E_{св} = \Delta m \cdot c^2$.

4. Что определяет удельная энергия связи ядра?

Удельная энергия связи ядра — это энергия связи, приходящаяся на один нуклон в ядре. Она является ключевой характеристикой, определяющей устойчивость (стабильность) атомных ядер.

Рассчитывается удельная энергия связи $E_{уд}$ делением полной энергии связи ядра $E_{св}$ на число нуклонов в нем (массовое число $A$):
$E_{уд} = \frac{E_{св}}{A}$

Чем больше удельная энергия связи, тем прочнее связаны нуклоны в ядре и, следовательно, тем более устойчивым является ядро. Анализ зависимости удельной энергии связи от массового числа $A$ показывает, что:
– для легких ядер удельная энергия связи быстро возрастает с увеличением $A$;
– она достигает максимального значения (около 8,7 МэВ/нуклон) для ядер в районе железа ($A \approx 56$), которые являются наиболее стабильными;
– для тяжелых ядер ($A > 60$) удельная энергия связи медленно уменьшается.

Эта зависимость объясняет, почему энергетически выгодны два типа ядерных реакций, идущих с выделением энергии:
1. Ядерный синтез: слияние легких ядер в более тяжелые, что приводит к образованию более стабильного ядра с большей удельной энергией связи.
2. Ядерное деление: расщепление тяжелых неустойчивых ядер на два или более легких осколка, которые являются более стабильными (имеют большую удельную энергию связи).

Таким образом, удельная энергия связи определяет не только стабильность конкретного ядра, но и возможность выделения энергии в ядерных реакциях.

Ответ: Удельная энергия связи ядра (энергия связи на один нуклон) определяет степень стабильности (устойчивости) атомного ядра. Чем выше удельная энергия связи, тем стабильнее ядро. Эта величина также определяет, может ли энергия выделяться в результате реакций ядерного синтеза или деления.