То же самое относится и к другим. Индивид постоянен, потому что энергия взаимодействия между электроном и ядром отрицательна. Поскольку его масса меньше суммы масс его компонентов, он не может распасться на электрон и ядро.
Энергия, связывающая всё воедино
В своем исследовании энергии и массы и связанных с ними понятий я сосредоточился на частицах — открытых препятствиях — и уравнениях, которые Эйнштейн связал с энергией, импульсом и массой. Но энергия исходит не только от частиц, но и из других источников. Чтобы действительно понять Вселенную и то, как она работает, нам нужно понять, что энергия может возникать как от взаимодействия различных полей, так и от взаимодействия с самими полями. Вся структура нашего мира — протоны, индивиды, молекулы, тела, горы, планеты, звезды и галактики — является результатом этого вида энергии. На самом деле, многие виды энергии, о которых мы говорим по-разному — химическая энергия, ядерная энергия, электромагнитная энергия — являются либо формой взаимодействия, либо каким-то образом связаны с ним.
Когда студенты начинают учить физику, этот вид энергии включает в себя то, что учителя называют «потенциальной энергией». Однако, поскольку слово «динамика» означает не то же самое, что оно означает в английской и русской физике, мы предпочитаем использовать другое название для этого действия, так как эта концепция сильно отличается от современного естественного взгляда. Не связана с текущими убеждениями читателя, правильными или неправильными. В нашей статье о массе и энергии мы также называли энергию взаимодействия «реляционным действием». По очевидным причинам, описанным ниже, мы решили, что это плохая идея, и изменили название на другое.
Преамбула: пересмотр концепций
Согласно современному представлению, предпочитаемому физиками и проверенному экспериментами, весь мир состоит из полей. Наиболее интуитивно понятным примером поля является ветер: он
— Его можно измерить в любом месте — он может быть нулевым или ненулевым — и волны (которые мы называем звуком) могут перемещаться в нем.
В большинстве полей образуются волны, и благодаря квантовой механике эти волны не являются малыми.
Волны с минимально возможной высотой, или минимальной шириной и минимальной мощностью, называют «квантовыми» или «частицами», но последний вариант может привести к путанице.
Фотон — это квант или частица света (термин «свет» означает видимую часть спектра и другие варианты). Это тусклое Свечение Громкого Света, которое является самой мощной волной электричества и магнитного поля, которую только можно создать. Он может создавать три или 62 -Wo два фотона. Вы не можете создать один или два с половиной — трети фотона. Ваши глаза предназначены для поглощения фотонов по одному.
То же самое относится к электронам, лунам, кваркам, W-частицам, бозонам Хиггса и всему остальному. Все они — величины в своей области.
Квант ведет себя как частица, хотя он является открытой преградой.
— Она сохраняет свою целостность при движении через пустое пространство. — Это зависит от наблюдателя, энергии и импульса, но есть и конкретный. — Существует конкретная масса, не зависящая от наблюдателя. — Он может излучаться или поглощаться как единое целое.
Напомните им, что в физике частиц массой считается то, что раньше называлось «массой покоя». Напомните им, что уравнение E = MC 2 выполняется только в том случае, если частица спокойна. Если движущаяся частица E > MC 2, то энергия ее массы равна MC 2, так как энергия движения всегда положительна. Это определение следует принимать во внимание при чтении данного документа.
Энергия взаимодействующих полей
Давайте теперь обратимся к самой безошибочной форме энергии. Энергия частиц состоит из энергии массы и энергии движения. Помните, что частицы — это возмущения поля, т.е. четко выраженные волны.
Рисунок 1: Эскиз того, как присутствие кванта поля (синяя волна) создает возмущение во втором поле (зеленое), достигая большей интенсивности вблизи препятствия и уменьшая ее до нуля при удалении.
Однако поле может сделать больше, чем просто создать помехи. Например, возмущение в одном поле может вызвать неволновые изменения в другом поле. На рисунке 1 мы представили такой случай — синяя волна в одном поле и ответная волна из другого поля.
Предположим, есть две частицы — допустим, два различных возмущения поля. На рисунке 2 мы обозначили их синими и оранжевыми волнами. Оба эти поля взаимодействуют с зеленым полем. Затем изменения в зеленом поле становятся более сложными. Это набросок, не точное изображение чего-то слишком сложного для объяснения, но дающий представление.
Сколько энергии в этой системе из двух частиц, двух препятствий в двух разных полях и третьего поля, взаимодействующего с обоими?
Препятствия — это кванты или частицы. Они имеют массу и кинетическую энергию, обе положительные.
Рисунок 2.
Изменения в зеленом поле также обладают определенной энергией. Она также часто бывает положительной, будучи очень малой по сравнению с энергией частицы. Часто упоминается как энергия поля.
Однако в отношениях между различными полями есть дополнительная энергия. Есть энергии, в которых сильнее синие и зеленые поля, или оранжевые и зеленые поля. И вот что странно. Сравнивая Рисунок 1 с Рисунком 2, оба показывают сильные энергии синего и зеленого полей. Однако присутствие возмущения оранжевого поля изменяет зеленое поле, поэтому энергия в области, где находится синее поле, изменяется, как показано на рис. 3.
Рисунок 3.
В зависимости от того, как оранжевое и зеленое поля взаимодействуют и взаимодействуют с синим и зеленым полями, изменение энергии может быть положительным или отрицательным. Назовем это взаимодействие изменением энергии.
Способность оранжевого возмущения (и наоборот) изменять энергию синего и зеленого полей на отрицательную — способность взаимодействовать отрицательно — является самым важным фактом, который позволяет всем структурам Вселенной отдельными ядрами находиться в человеческом теле и галактике. Это объясняется ниже.
В качестве другого примера, металлический радиус рения задан равным 137,5 PM, а длина связи 224 PM RER существует в RERE-.2cl8.
Энергия связи нуклонов
Потенциал ядра с большим числом протонов и стабильность нейтронов в составе ядра обусловлены уровнем связанной энергии. Ядерные силы удерживают ядро в ядре, для «извлечения» которого необходимо затратить энергию. Видно, что в системе отдельных нуклонов больше энергии, чем в системе связанных ядер. Нейтроны в составе ядра не распадаются, потому что естественные процессы идут в направлении уменьшения энергии системы — энергия невыгодна, а энергия связи не позволяет ей распасться. Эта же энергия удерживает протоны вместе. Только если число нуклонов очень велико, ядерных сил недостаточно, поэтому протоны растворяются, а нейтроны теряют свою стабильность.
Энергия связи — это энергия, выделяющаяся при образовании ядра из отдельных частиц. Как только частицы оказываются в зоне действия ядерных сил — они устремляются друг к другу с огромным ускорением, высвобождая γ-квантовую энергию связи. Чтобы разбить ядро, это действие должно быть потрачено снова.
Уровень энергии связи
Типы Эйнштейна используются для оценки энергии, связывающей массу с энергией.
Теперь, когда измерены массы отдельных частиц, а затем общая масса ядра, можно рассчитать энергию соединения. Измерения показывают, что для легких элементов масса ядра меньше, чем общая масса составляющих его частиц. Поэтому, заменив это различие в типе энергии, мы можем получить выражение для основной конъюнктивной энергии.
- $Е_$ – энергия связи ядра;
- $Z$ – число протонов в ядре (порядковый номер элемента);
- $А$ – общее число нуклонов в ядре (массовое число).
- $m_p$ – масса протона;
- $m_n$ – масса нейтрона;
- $М_я$ – масса ядра;
- с – скорость света.
Удельная энергия связи
Поэтому ядро внутри ядра должно быть самым стабильным. Это объясняется тем, что энергия связи на нуклон, называемая специальной энергией связи, максимальна в таких ядрах. Непосредственные измерения подтверждают это.
Можно спроектировать зависимость действия специальной связи от числа нуклонов на ядре.
Рисунок 3.Графическое представление особых энергий соединения ядра.
Представленный график специального энергетического соединения ядра показывает, что реакция синтеза ядра выгодна только для легких элементов вплоть до железа. Таким образом, наиболее распространенными в природе элементами (не считая простейшего водорода) являются элементы с ядрами тяжелее железа, с Sun-4 (что приводит к наибольшему увеличению удельной энергии связи при тепловой реакции). Количество тяжелых и еще более тяжелых элементов в природе очень мало.
Рис. 1: набросок того, как присутствие кванта одного поля (голубая волна) создаёт возмущение во втором поле (зелёном), достигающее наибольшей интенсивности вокруг возмущения и уменьшающегося до нуля при отдалении.
Атомная единица массы.
Массы отдельных и фундаментальных частиц настолько малы, что измерять их в килограммах неудобно. Поэтому в индивидуальной и ядерной физике часто используются гораздо меньшие единицы. Это SO -Calcaled individual mass unit (сокращенно A.E.M.).
По определению, индивидуальная единица массы составляет 1/12 массы углерода. Ниже приведены цены для пяти десятичных знаков в стандартной нотации.
(Позже эта точность понадобится для расчета очень значительных величин, которые всегда используются в расчетах ядерной энергии и ядерных реакций).
Видно, что 1 а.е.м., выраженный в граммах, численно равен обратному значению молекулярной постоянной Авогадро.
Как это произошло; вспомните, что число Авогадро — это количество людей в 12 граммах углерода. Кроме того, масса атома углерода равна 12 а.е.м. Таким образом, мы имеем: a.e.m.
Следовательно, a.e.m. = g, что также верно.
Как вы знаете, каждое тело массой m обладает мягкой энергией E, выраженной в эйнштейновском виде.
Найдем энергию, содержащуюся в отдельных единицах массы. Возьмите скорость света за пять знаков после запятой, так как расчет должен быть очень точным.
Таким образом, существует масса a.e.m. Соответствующая мягкая энергия:.
Для малых частиц не рекомендуется использовать джоуль по той же причине, по которой используется килограмм. Существует гораздо меньшая единица измерения энергии: электронвольт (сокращенно eV).
По определению, 1 эВ — это энергия, приобретаемая электроном при движении под ускоряющей разностью потенциалов в 1 вольт.
(В задаче достаточно использовать значение основной нагрузки как Cl, но здесь необходим более точный расчет).
И наконец, теперь мы готовы вычислить очень важную величину, обещанную выше, а именно энергию, соответствующую единице атомной массы, выраженную в МэВ. （ Из (2) и (3) следует, что
Итак, запомните: установившаяся энергия а.у.м. равна 931,5 МэВ. Вы столкнетесь с этим фактом много раз при решении задачи.
Далее нам нужна остальная масса и энергия протонов, нейтронов и электронов. Предоставьте им достаточную точность для решения проблемы.
а.е.м., МэВ- а.е.м., МэВ- а.е.м., МэВ.
Дефект массы и энергия связи.
Мы привыкли говорить, что масса объекта равна сумме масс его частей. В ядерной физике мы должны уйти от этого упрощенного взгляда.
Давайте начнем с примера и возьмем знакомое нам всем ядро. В таблице (например, в задачнике Рымкевича) приведена масса нейтрального атома Солнца: она равна 4,00260а.е. m. Чтобы найти массу M атома гелия, вычтите массу двух электронов атома из массы нейтрального атома.
В то же время сумма масс двух протонов и двух нейтронов, составляющих ядро Солнца, равна.
Видно, что сумма масс нуклонов, входящих в состав ядра, превышает массу ядра на
Это значение называется неполнотой массы. Согласно уравнению Эйнштейна (1), отсутствие массы соответствует изменению энергии.
Это значение также показано и называется энергией связывания ядра. Таким образом, энергия связи частицы составляет приблизительно 28 МэВ.
Каков физический смысл энергии связи (и, следовательно, дефицита массы)?
Чтобы ядро распалось на протон и составляющие его нейтроны, оно должно действовать против действия ядерных сил. Эта работа требует, по крайней мере, определенного значения. Минимальная работа при делении происходит, когда освобожденные протоны и нейтроны находятся в состоянии покоя.
Если система выполняет проект, энергия системы увеличивается на количество выполняемой работы. Таким образом, полная энергия покоя нуклонов, составляющих ядро и полученных по отдельности, имеет значение большее, чем энергия покоя ядра.
Поэтому общая масса нуклонов, составляющих ядро, больше массы самого ядра. В этом и заключается главный недостаток.
В нашем примере с частицами полная энергия покоя двух протонов и двух нейтронов на 28 МэВ больше, чем энергия покоя солнечного ядра. Это означает, что для того, чтобы ядро распалось на составляющие его нуклоны, оно должно совершить работу, равную по меньшей мере 28 МэВ. Это значение известно как энергия соединения ядра.
Поэтому энергия связи ядра — это минимальная работа, которую необходимо совершить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны.
Энергия связи ядра — это разница между энергией покоя нуклонов и энергией покоя самого ядра. Если ядро массы состоит из протонов и нейтронов, то энергия связи составляет
Как мы уже знаем, его величина называется несовершенством массы.
Удельная энергия связи.
Важным свойством силы нуклонов является удельная энергия связи, которая равна отношению энергии связи к числу нуклонов.
Специальное конъюнктивное действие — это конъюнктивная энергия на нуклон, означающая средний проект, предпринимаемый для удаления нуклона из ядра.
На рисунке 1 показана взаимосвязь между изотопами и массовым числом a химических элементов при определенном действии физической связи (т.е. природы, 1).
Рисунок 1.Специфические соединения природных изотопов.
Элементы с массовым числом 210-231, 233, 236 и 237 не вступают в естественные реакции. Это объясняет последний пробел на графике.
В случае легких элементов она возрастает по мере увеличения энергии специального соединения, достигая в области железа 8,8 МэВ/нуклон (т.е. с областью изменения около 50-65). Затем он плавно уменьшается до 7,6 МэВ/нуклон в случае урана.
Такая зависимость энергии связи от числа нуклонов может быть объяснена совместным действием факторов в двух различных направлениях.
Первый фактор — это поверхностный эффект. Если в ядре мало нуклонов, то значительная их часть находится на поверхности ядра. Эти поверхностные ядра окружены меньшим количеством соседей, чем внутреннее ядро, и поэтому взаимодействуют с соседними ядрами. По мере увеличения числа нуклонов доля внутренних ядер увеличивается, а доля поверхностных ядер уменьшается, поэтому работа, необходимая для удаления нуклеолей, должна в среднем увеличиваться.
Однако по мере увеличения числа нуклонов начинает проявляться второй фактор и возникает клубное отталкивание протонов. Действительно, чем больше протонов в ядре, тем больше электрическая сила отталкивания, тем больше вероятность разрушения ядра. Это означает, что каждый протон отталкивается сильнее, чем остальные. Поэтому проекты, необходимые для удаления нуклонов из ядра, должны в среднем уменьшаться с увеличением.
Пока нуклонов мало, первый фактор будет отключать последний, увеличивая тем самым удельную энергию связи.
Вблизи железа действие обоих факторов сравнивается друг с другом, и удельная энергия связи достигает максимума. Это область наиболее стабильного и сильного ядра.
Впоследствии начинает выигрывать второй фактор, и удельная энергия связи уменьшается в результате увеличения кулоновской силы отталкивания, которая удаляет ядро.
