2377-1 (706962), страница 3
Текст из файла (страница 3)
4. Почему мы считаем внутреннюю энергию атома или молекулы отрицательной?
5. Может ли энергия группы ион + электрон быть положительной?
Знакомство с внутренней энергией атома позволит не только закрепить знания о возможности отрицательных значений потенциальной энергии, но и объяснить ряд явлений, например явление фотоэффекта или излучение света атомами. Наконец, полученные знания позволят обсудить с учениками очень интересный вопрос о взаимодействии нуклонов в ядре.
Установлено, что атомное ядро состоит из нуклонов (протонов и нейтронов). Протон – частица массой в 2000 раз больше массы электрона, несущая положительный электрический заряд (+1). Как известно из электродинамики, заряды одинакового знака взаимно отталкиваются. Следовательно, электромагнитное взаимодействие расталкивает протоны. Почему же ядро не разваливается на составные части? Еще в 1919 г., обстреливая ядра -частицами, Э.Резерфорд выяснил: чтобы выбить протон из ядра, -частица должна иметь энергию около 7 МэВ. Это в несколько сот тысяч раз больше энергии, необходимой для отрыва электрона от атома!
В результате многочисленных экспериментов было установлено, что частицы внутри ядра связаны принципиально новым видом взаимодействия. Его интенсивность в сотни раз превосходит интенсивность электромагнитного взаимодействия, поэтому его назвали сильным взаимодействием. Это взаимодействие обладает важной особенностью: оно имеет малый радиус действия и «включается» только тогда, когда расстояние между нуклонами не превышает 10–15 м. Этим объясняются небольшие размеры всех атомных ядер (не более 10–14 м).
Протонно-нейтронная модель ядра позволяет рассчитать энергию связи нуклонов в ядре. Напомним, что согласно измерениям она приблизительно равна –7 МэВ. Представим себе, что 4 протона и 4 нейтрона объединились, образовав ядро бериллия. Масса каждого нейтрона mn = 939,57 МэВ, а масса каждого протона mp = 938,28 МэВ (здесь мы используем принятую в ядерной физике систему единиц, в которой масса измеряется не в килограммах, а в эквивалентных энергетических единицах, пересчитанных по соотношению Эйнштейна Е0 = mc2). Следовательно, суммарная энергия покоя 4 протонов и 4 нейтронов до их объединения в ядро составляет 7511,4 МэВ. Энергия покоя ядра Ве составляет 7454,7 МэВ. Ее можно представить как сумму энергии покоя самих нуклонов (7511,4 МэВ) и энергии связи нуклонов друг с другом Есв. Поэтому:
7454,7 МэВ = 7511,4 МэВ + Есв.
Отсюда получаем:
Еп= 7454,7 МэВ –7511,4 МэВ = –56,7 МэВ.
Эта энергия распределяется на все 8 нуклонов ядра бериллия. Следовательно, на каждый из них приходится примерно –7 МэВ, что и следует из экспериментов. Мы вновь получили, что энергия связи взаимно притягивающихся частиц является отрицательной величиной.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.cl.ru/
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
