Просмотр — Гипермаркет знаний

KNOWLEDGE HYPERMARKET
Склад ядра атома. Ізотопи. Ядерні сили. Енергія зв’язку атомних ядер
У вас нет разрешения на действие «исправление этой страницы» по следующей причине:
Запрошенное действие могут выполнять только участники из группы giper.
Вы можете просмотреть и скопировать исходный текст этой страницы:
'''[[Гіпермаркет Знань - перший в світі!|Гіпермаркет Знань]]&gt;&gt;[[Фізика і астрономія|Фізика і астрономія]]&gt;&gt;[[Фізика 11 клас|Фізика 11 клас]]&gt;&gt; Фізика: Склад ядра атома. Ізотопи. Ядерні сили. Енергія зв’язку атомних ядер''' 

<br> <metakeywords>Фізика, клас, урок, на тему, 11 клас, Склад ядра атома, Ізотопи, Ядерні сили, Енергія зв’язку атомних ядер.</metakeywords>СКЛАД ЯДРА АТОМА. ІЗОТОПИ. ЯДЕРНІ СИЛИ. ЕНЕРГІЯ ЗВ’ЯЗКУ АТОМНИХ ЯДЕР 

<br> Відкриття у 1896 р. французьким фізиком А. Беккерелем природної радіоактивності солей урану та подальше дослідження цього явища П. Кюрі і М. Склодовською-Кюрі поклали початок розвитку ядерної фізики. Загалом цей розділ фізики вивчає структуру атомного ядра, процеси радіоактивного розпаду і механізми ядерних реакцій. Інколи сюди відносять також фізику елементарних частинок. 

''Для ядерної фізики характерні відстані, сумірні з розміром ядра (~ 10<sup>-15</sup> м), та енергії від мегаелектрон-вольт (МеВ) до гігаелектрон-вольт(ГеВ)'' 

<br> 

СКЛАД АТОМНИХ ЯДЕР 

Досліди Е. Резерфорда, які утвердили ядерну модель атома, показали, що практично вся маса атома зосереджена в його ядрі, який має позитивний заряд. Подальші його дослідження взаємодії альфа-частинок з атомами Нітрогену увінчалися відкриттям протона — другої елементарної частинки, відкритої після електрона. 

Вивчення властивостей протона показало, що він має позитивний заряд, який чисельно дорівнює заряду електрона е = 1,602 • 10<sup>-19</sup> Кл; його маса значно більша: m<sub>р</sub> = 1,6726485 • 10<sup>-27</sup> кг. Оскільки в ядерній фізиці прийнято користуватися атомною одиницею маси (а.о.м.) та її енергетичним еквівалентом — електрон-вольтом (еВ), маса спокою протона дорівнює m<sub>p</sub> = 1,007276470 а. о. м., що відповідає 938,2796 МеВ. 

''Протон (від грец. рг&gt;tos — перший) — елементарна частинка, що є ядром атома Гідрогену; має позитивний заряд, що чисельно дорівнює заряду електрона''<br> 

Відкриття на початку XX ст. ізотопів засвідчило, що їхні атомні маси кратні масі ядра атома Гідрогену. Тому Е. Резерфорд припустив, що ядра всіх хімічних елементів складаються із протонів. Протонно-електронна модель атома добре узгоджувалася з експериментальними даними щодо властивостей Гідрогену. Проте вона зіткнулася з низкою труднощів у поясненні будови ядер важчих хімічних елементів. Тому він висунув припущення про існування нейтронів — елементарних частинок, які також входять до складу ядра.<br> 

У 1932 р. англійський фізик Дж. Чедвік, досліджуючи властивості випромінювання, яке виникає під час бомбардування Берилію альфа-частинками, встановив, що це потік нейтральних частинок, маса яких приблизно дорівнює масі протона. Вимірювання показали, що маса спокою нейтрона m<sub>n</sub> = = 1,6749543 • 10<sup>-27</sup> кг= 1,008665012 а.о.м., що відповідає 939,5731 МеВ.<br> 

''Ізотопи (від грец. isos — однаковий і topos — місце) — різновиди одного й того самого хімічного елемента, що відрізняються за атомними масами'' 

''Нейтрон (від лат. пеШгит — ні те, ні інше) — нестабільна електрично нейтральна, тобто така, що не має ні позитивного, ні негативного заряду, елементарна частинка<br>'' 

''У сучасній фізиці протони і нейтрони в ядрі називають нуклонами (від лат. шкіеш — ядро)<br>'' 

''Число нуклонів у ядрі атома дорівнює його масовому числу А. Число протонів у ядрі атома дорівнює заряду ядра 2. Число нейтронів N = А-Z'' 

У тому ж році радянський вчений Д. Д. Іваненко (українець за походженням, народився в Полтаві) і німецький фізик В. Гейзенберг незалежно один від одного запропонували оболонкову протонно-нейтронну модель ядра атома. Вони припустили, що атомне ядро складається з нуклонів — протонів і нейтронів, які розміщуються певними групами й утворюють ядерні оболонки. Кожен нуклон перебуває в певному квантовому стані, який характеризується енергією та набором інших квантових величин.<br> 

Згідно з цією моделлю, загальне число нуклонів, тобто сума протонів і нейтронів у ядрі атома, дорівнює масовому числу атома А; число протонів дорівнює заряду ядра атома Z, число нейтронів N = А — Z. В ядерній фізиці ізотоп хімічного елемента X прийнято позначати відповідним символом із зазначенням його масового числа А (зліва вгорі) і зарядового числа Z (зліва внизу), тобто у вигляді <sup>A</sup><sub>Z</sub>Х. Наприклад, найлегший ізотоп Гідрогену — протій, ядро якого складається з одного протона, позначають <sup>1</sup><sub>1</sub>Н, альфа-частинку, що є ядром атома Гелію, <sup>4</sup><sub>2</sub>Не тощо. 

Заповнення ядерних оболонок підлягає певній закономірності — принципу Паулі: два тотожні нуклони не можуть одночасно перебувати в однаковому квантовому стані, тобто характеризуватися одним і тим самим набором квантових чисел. Тому існує ряд чисел — 2, 8, 20, 28, 40, 50, 82, 126, названих магічними, які визначають максимальне число нуклонів у заповнених оболонках.<br> 

Перехід ядра атома з одного стану в інший, наприклад із стабільного у збуджений чи навпаки, за оболонковою моделлю пояснюють як квантовий перехід нуклона з однієї оболонки на іншу. Щоразу, коли число протонів чи нейтронів стає магічним, відбувається стрибкоподібна зміна величин, які характеризують властивості ядра. Цим, зокрема, пояснюють фізичну причину існування періодичності у властивостях хімічних елементів, відображену періодичною системою Д. І. Менделєєва.<br> 

''Принцип Паулі спочатку був сфор мульований для пояснення зако номірностей у заповненні елект-ронних орбіталей в атомі; згодом він був поширений на всі елемен тарні частинки з напівцілим спіном'' 

''Принцип Паулі є фізичною суттю періодичного закону Д. І. Менделєєва'' 

Оболонкова модель атомного ядра є однією з найпродуктивніших у ядерній фізиці, зокрема в поясненні періодичності власти-востей ядер і механізму ядерних реакцій. Проте вона також має свої обмеження, оскільки неспроможна розтлумачити властивості важких ядер і пояснити всі типи взаємодії нуклонів у ядрі. Тому існують також інші моделі атомних ядер, наприклад, крапельна, згідно з якою атомне ядро уявляють у формі краплі особливої квантової рідини.<br><br> 

ЯДЕРНІ СИЛИ ТА ЕНЕРГІЯ ЗВ'ЯЗКУ АТОМНИХ ЯДЕР<br> 

Нуклони в ядрі атома утримуються завдяки ядерним силам, які є проявом однієї з чотирьох фундаментальних взаємодій — сильної взаємодії. За своєю природою вони короткодіючі (г~ 10<sup>-15</sup> м), але дуже інтенсивні. У межах атомного ядра вони майже у 100 разів переважають сили електростатичної взаємодії двох протонів і в 1038 разів — силу їхньої гравітаційної взаємодії. Проте на відстанях, більших за розміри ядер, вони настільки малі, що їхньою дією можна знехтувати.<br> 

Ядерні сили діють незалежно від наявності в нуклонах електричного заряду. Внаслідок цього в атомному ядрі утримуються електронейтральні нейтрони і не розлітаються однойменно заряджені протони. Експериментальні дослідження сил ядерної взаємодії протон-протонних, протон-нейтронних і нейтрон-нейтронних пар показали, що в усіх випадках вони однакові і не залежать від типу нуклона.<br> 

''Ядерні сили — короткодіючі, оскільки проявляють себе на відстанях у межах атомного ядра (10<sup>-15 </sup>м)<br>'' 

''Обмінний характер ядерної взаємодії подібний до ковалентного зв'язку між атомами в молекулі, де роль такого «посередника» відіграють валентні електрони'' 

У 1935 р. японський фізик X. Юкава висунув припущення, що природа ядерних сил полягає в їхньому обмінному характері, тобто, за його передбаченням, наявність ядерних сил зумовлює гіпотетична частинка ненульової маси, якою обмінюються між собою нуклони під час взаємодії.<br> 

Пізніше, у 1947 р. така частинка була експериментально виявлена і названа пі-мезоном. Встановлено, що залежно від типу взаємодіючої пари нуклонів (протон—протон, нейтрон—нейтрон, протон—нейтрон, нейтрон—протон) існує три види пі-мезонів: позитивний (''п''<sup>+</sup>), негативний (''п''<sup>-</sup>) і нейтральний (''п''<sup>0</sup>). Перші два мають масу спокою, яка дорівнює 274 масам електрона те, що відповідає приблизно 140 МеВ; маса спокою третього дорівнює 264 те, що відповідає приблизно 135 МеВ. 

Пі-мезони не входять до складу протонів і нейтронів. Вони лише виявляють себе в ядерній взаємодії як обмінні частинки, завдяки яким відбувається сильна взаємодія в атомному ядрі. Ця взаємодія є чинником об'єднання нуклонів у стабільне атомне ядро. Зв 'язаний стан нуклонів у ядрі характеризується енергією зв'язку, яка витрачається на те, щоб утримувати протони і нейтрони у такому стані. Тобто це енергія, потрібна для виконання роботи проти дії ядерних сил, що утримують нуклони в ядрі у зв'язаному стані.<br> 

Якщо порівняти масу атомних ядер із сумою мас нуклонів, які їх складають, то з'ясується, що вони не збігаються: маса ядра завжди менша за масу її складових. Тому кажуть, що існує дефект мас Δm, який визначається різницею суми мас Z протонів і N нейтронів та маси ядра m<sub>я</sub>:<br> 

[[Image:258-10.jpg]]<br> 

''Пі-мезони — це кванти ядерного поля, подібні до фотонів, які є квантами електромагнітного поля'' 

''Пі-мезони інколи називають піонами'' 

''Енергія зв'язку ядра атома — це та мінімальна енергія, яку треба затратити, щоб роз'єднати ядро на окремі нуклони, що входять до його складу''<br> 

''Точні вимірювання мас атомних ядер показали, що т<sub>я</sub> &lt; Zт<sub>р</sub> + Nт''<sub>''п''</sub> 

<sub</sub>Причина виникнення дефекту мас полягає в тому, що для утворення ядра з вільних протонів і нейтронів потрібно виконати роботу, яка чисельно дорівнює енергії зв'язку. Отже, дефект мас визначає енергію зв'язку ядра. Взявши до уваги формулу взаємозв'язку маси та енергії, отримаємо: 

[[Image:259-1.jpg]]<br> 

Природно, що енергія зв'язку різних ядер може бути різною. Проте якщо віднести її до числа нуклонів, то спостерігається певна іалежність питомої енергії зв'язку нуклона в ядрі від масового числа атома А (мал. 8.1). 

[[Image:259-3.jpg]] 

Розглянемо графік такої залежності. Спочатку крива різко зростає і досягає максимуму&nbsp;[[Image:259-4.jpg]] в ізотопів елементів з нуклон масовим числом від 50 до 60 (Ферум і близькі до нього елементи). 

''Відношення&nbsp;[[Image:259-2.jpg]] називається питомою енергією зв'язку'' 

У міру подальшого збільшення масового числа атома крива починає плавно спадати, посягаючи значення&nbsp;[[Image:259-5.jpg]] в Урану <sup>238</sup><sub>92</sub>U. Такий вигляд кривої зумовлений закономірностями забудови ядерних оболонок протонами і нейтронами. Проте оболонкова модель ядра неспроможна пояснити характер забудови всіх елементів. Зокрема, вона непридатна для важких елементів, де істотними стають електростатичні сили взаємодії протонів. 

''<br> ''<u>ЗАПИТАННЯ</u><br>1. Які відкриття дали поштовх розвитку ядерної фізики?<br>2. Дайте стислу характеристику протона і нейтрона. Чим вони різняться між собою?<br>3. Що таке ізотопи?<br>4. Що таке нуклон? Як визначити число протонів і нейтронів у ядрі атома за допомогою таблиці Менделєєва?<br>5. Наведіть опис оболонкової моделі ядра атома.<br>6. У чому полягає суть принципу Паулі?<br>7. Схарактеризуйте ядерні сили. Які пари нуклонів можуть брати участь у сильній взаємодії?<br>8. Які види фундаментальних взаємодій виявляються в атомному ядрі? Який внесок кожної з них?<br>9. Яка природа ядерних сил? Що є квантом сильної взаємодії?<br>10. Чому виникає дефект мас? Чим це можна пояснити?<br>11. Яка залежність питомої енергії зв'язку нуклонів у ядрі атома від масового числа в природі? 

''<br>'' 

''Є.В. Коршак, О.І. Ляшенко, В.Ф. Савченко, Фізика, 11 клас<br>Вислано читачами з інтернет-сайтів&nbsp;&nbsp;'' 

<br> <sub>Повний перелік тем [[Фізика і астрономія|з фізики]], календарний план по всім предметам згідно шкільної програми, домашня робота, [[Гіпермаркет Знань - перший в світі!|курси]] та завдання [[Фізика 11 клас|з фізики для 11 класу]]</sub> 

<br> 

 '''<u>Зміст уроку</u>'''
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] конспект уроку і опорний каркас                      
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] презентація уроку 
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] акселеративні методи та інтерактивні технології
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] оцінювання 
 
 '''<u>Практика</u>'''
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] задачі та вправи,самоперевірка 
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] практикуми, лабораторні, кейси
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] домашнє завдання 
 
 '''<u>Ілюстрації</u>'''
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] реферати
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] фішки для допитливих
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] шпаргалки
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати
 
 '''<u>Доповнення</u>'''
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] підручники основні і допоміжні 
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] тематичні свята, девізи 
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] статті 
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] національні особливості
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] словник термінів                          
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] інше 
 
 '''<u>Тільки для вчителів</u>'''
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] [http://xvatit.com/Idealny_urok.html ідеальні уроки] 
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] календарний план на рік 
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] методичні рекомендації 
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] програми
 [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] [http://xvatit.com/forum/ обговорення]

<br> Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, [http://xvatit.com/index.php?do=feedback напишите нам]. 

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - [http://xvatit.com/forum/ Образовательный форум].
Возврат к странице Склад ядра атома. Ізотопи. Ядерні сили. Енергія зв’язку атомних ядер.
Источник — «http://edufuture.biz/index.php?title=%D0%A1%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D0%B4_%D1%8F%D0%B4%D1%80%D0%B0_%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B0._%D0%86%D0%B7%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%B8._%D0%AF%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%96_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B8._%D0%95%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D1%96%D1%8F_%D0%B7%D0%B2%E2%80%99%D1%8F%D0%B7%D0%BA%D1%83_%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D1%85_%D1%8F%D0%B4%D0%B5%D1%80»
При использовании материалов ресурса
ссылка на edufuture.biz обязательна (для интернет ресурсов - гиперссылка).
edufuture.biz 2008-© Все права защищены.
Сайт edufuture.biz является порталом, в котором не предусмотрены темы политики, наркомании, алкоголизма, курения и других "взрослых" тем.
Разработка - Гипермаркет знаний 2008-
Ждем Ваши замечания и предложения на email:
По вопросам рекламы и спонсорства пишите на email: