Что такое энергия связи?

Я думаю, вы знаете, что два протона будут отталкиваться друг от друга согласно закону Кулона. А кулоновская сила отталкивания двух протонов в ядре примерно равна$250 N$если их разделяет расстояние в один ферми, что очень велико, учитывая малую массу протона.

Итак, как вы, возможно, хорошо знаете, Сильная ядерная сила на коротком расстоянии удерживает ядро ​​вместе. Итак, если вы хотите разбить ядро ​​на составные части, вам нужно совершить определенную работу — энергию связи.

Теперь подумайте о ядре до того, как оно образовалось. Все его составляющие были бы отдельными образованиями. Если вы хотите сделать их единым телом, ради спонтанности (моё использование этого слова может быть не совсем корректным) конечный продукт должен обладать меньшей энергией, чем сумма энергий независимых сущностей.

Это довольно нелогично, если вы не имеете представления о сильных ядерных силах, поскольку по закону Кулона энергия системы будет увеличиваться.

Но на самом деле происходит то, что масса ядра меньше массы его составляющих, взятых по отдельности. Итак, из соотношения эквивалентности массы и энергии профессора Эйнштейна мы можем сказать, что энергия, содержащаяся в этой массе, была высвобождена во время образования ядра, и эта разница в массе называется дефектом массы.

Итак, чтобы разрушить Ядро, нужно удалить (точнее вернуть) то, что их удерживало вместе — так что, вполне естественно, энергия связи такая же, как и энергия, высвобождаемая из дефекта масс.

РЕДАКТИРОВАТЬ

В ответ на ваш отредактированный вопрос я включаю аналогию. Предположим, что у вас есть мяч, первоначально помещенный на верхнюю полку высотой$h$. Теперь, если он поскользнется и упадет, он потеряет свою внутреннюю энергию в виде кинетической энергии, и вы получите соотношение

$$mgh+\frac{1}{2}mv^2=mgh_{2}$$ (по сути, частный случай третьего уравнения движения), где$h_2$это его современная высота. Если вы хотите поднять его обратно в исходное положение, вам нужно предоставить энергию, равную энергии, потерянной в виде кинетической энергии. $$E=\frac{1}{2}mv^2$$ Вы могли заметить, что мы не рассматриваем$GFP$(Потенциал гравитационной силы) в уравнении для энергии, которая должна быть предоставлена.

Аналогичным образом, если начальная энергия ядра (до образования) равна$E$, и частицы теряют массу$\Delta m$, то энергия ядра будет

$$E_{nucleus}=E_i-\Delta mc^2$$

Теперь, чтобы вернуть его к начальной стадии (The$E_i$уже включает$NFP$вы говорите, таким же образом$GFP$включено в приведенную выше аналогию ) Теперь, чтобы вернуть ядро ​​​​в его исходное положение (с энергией$E_i$) нужно снабдить его энергией связи.

$$E_{nucleus}+E_b=E_i$$ перестановка, $$E_{nucleus}=E_i-E_b$$

Сравнивая это уравнение с уравнением образования ядра, имеем

$$E_b=\Delta mc^2$$

Как сказано в одном из текстов выше, вы начинаете с ядра, а затем расщепляете ядро ​​на отдельные нейтроны и протоны (составные части ядра).
Работа, совершаемая для разделения ядра на составные части, называется энергией связи ядра.
В обратном процессе, если отдельные нейтроны и протоны объединяются и образуют ядро, количество энергии, высвобождаемой в этом процессе, равно энергии связи ядра.

Установлено, что масса ядра меньше общей массы отдельных нейтронов и протонов, составляющих ядро.
Разность между этими двумя массами называется дефектом массы, т. е. ядру не хватает некоторой массы по сравнению с суммой масс отдельных частиц, составляющих ядро.

Если энергия связи$E_{\rm b}$а дефект массы$\Delta m$тогда они связаны уравнением Эйнштейна$E_{\rm b} = \Delta m \,c^2$где$c$это скорость света.

Таким образом, для распада ядра на составные части минимальное количество энергии, подводимой к ядру, равно энергии связи, а в конце процесса общая масса составных частей увеличивается на величину, равную дефекту массы.

Энергия связи – это минимальная энергия, необходимая для вывода системы из устойчивого равновесия. Таким образом, в вашем контексте это энергия, необходимая для разрушения ядра на его составляющие. Это значение минимумов на графике.

Причина, по которой это значение учитывает только дефект массы, заключается в том, что, как только вы предоставили энергию, равную дефекту массы, система имеет достаточно энергии, чтобы разбиться на отдельные компоненты. Если предоставить меньше, полной энергии системы недостаточно, чтобы сломать ее, потому что полная энергия все еще меньше, чем сумма массовой энергии отдельных компонентов.

Основное определение энергии связи

Энергия связи ядра определяется как энергия, необходимая для распада ядра на составляющие протоны и нейтроны и на такое расстояние, что они не могут взаимодействовать друг с другом.

Причина дефекта массы Дефект массы различен для разных элементов. Это говорит нам о том, что нельзя сделать вывод о том, что протон или нейтрон потеряет конкретную массу. Создаваемый дефект массы полностью зависит от структуры ядер и структуры ядер. определяет падение потенциала ядерной силы, это дает нам намек на то, что дефект массы каким-то образом зависит от падения потенциала ядерной силы. Таким образом, вывод состоит в том, что дефект массы каким-то образом коррелирует с потерей потенциала ядерной силы. Следовательно, мы можем написать, что

$$ΔmC²=0-NFP..........(1)$$ (NFP - потенциал ядерной силы, когда система нуклонов связана как нуклон и имеет отрицательное значение)

Формула энергии связи Теперь, применяя закон сохранения энергии, получаем

$$E_b+(m-Δm)C²=mC²$$

(Мы не должны рассматривать потенциал ядерной силы, поскольку то же самое объясняется дефектом массы (из приведенного выше вывода). Следовательно, рассмотрение NFP похоже на двойной счет)

$$E_b=ΔmC².............(2)$$ Это уравнение подсказывает нам определение 2: энергия связи дается для преодоления дефекта массы. Из уравнения (1) и (2) мы можем сказать $$E_b=-NFP$$ Что подразумевает $$E_b+NFP=0$$ Поскольку 0 - это окончательный потенциал ядерной силы (т.е. NFP_f) $$E_b=NFP_f-NFP=ΔNFP$$ $$E_b=ΔNFP..........(3)$$ Это определение предполагает, что энергия связи дается для преодоления ядерной силы притяжения. В этом случае энергия связи является мерой того, насколько сильна ядерная сила притяжения.

Оба определения верны. Они подобны противоположным сторонам монеты. (Для большей точности мы можем включить EFP (потенциал электростатической силы))