Лекции и конспекты по физике

Примеры решения задач
по электротехнике, физике
Электродинамика
Практическое занятие по физике
Контрольная работа
Семинарское занятие
Лекции и конспекты по физике
Электростатика
Магнитное поле постоянных токов
Атомные физика
РАДИОАКТИВНОСТЬ
Расчет выпрямителей, работающих на нагрузку
с индуктивной реакцией
Рассчитать параметрический стабилизатор
напряжения
ПРИНЦИП РАБОТЫ ВЫПРЯМИТЕЛЯ
Двухполупериодный мостовой выпрямитель
СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ
ПРИМЕР РАСЧЕТА
ГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА
СТАБИЛИЗАТОРА
Схема стабилизатора со сглаживающим фильтром.
Лабораторная работа
ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ
ФОТОПРИЁМНИКИ
ИЗУЧАЕМАЯ ЛИНИЯ СВЯЗИ
ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ
Практическая часть работы
РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРОВ
МАЛОЙ МОЩНОСТИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА
Конструктивный расчет обмоток
 

ХАРАКТЕРИСТИКИ АТОМНЫХ ЯДЕР

Основные теоретические сведения

Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, которые имеют одинаковый спин   и почти равные массы. Общее название этих частиц - нуклоны. Физические свойства ядра определяются зарядовым числом (порядковым номером) Z, равным числу протонов в атомном ядре, и числом нейтронов N. Число А всех нуклонов в ядре называется массовым числом. Очевидно, что А = Z + N. Для описания ядра принято слева от символа химического элемента указывать сверху число нуклонов А, а снизу - заряд ядра Z. Например,  - ядро атома алюминия, имеющего число протонов Z = 13 и массовое число А = 27.

В первом приближении форму атомного ядра можно смоделировать в виде шара, радиус которого определяется по эмпирической формуле

.  (1.1)

Объединение нуклонов в ядро атома осуществляется посредством ядерных сил, обусловленных сильным взаимодействием между нуклонами. При этом освобождается энергия, соответствующая энергии связи ядра Есв. Для разрушения ядра на составляющие его нуклоны необходимо затратить энергию, равную энергии связи. Согласно уравнению эквивалентности массы-энергии, энергия покоя ядра Eя= Mяс2, а энергия покоя составляющих его нуклонов равна (Zmp+ Nmn)c2. Следовательно:

Есв=(Zmp+ Nmn - Mяд)c2,  (1.2)

где mp - масса протона, mn - масса нейтрона, Mяд масса ядра атома.

Отсюда видно, что этой энергии связи соответствует разность масс между суммарной массой отдельных нуклонов и массой ядра атома, которая называется дефектом масс

.  (1.3)

Энергия связи, приходящаяся на один нуклон Есв/А , называется удельной энергией связи нуклонов в ядре.

Энергию связи ядра атома можно рассчитать также с помощью полуэмпирической формулы Вейцзеккера

  (1.4)

где слагаемые имеют следующий физический смысл:

  - энергия связи короткодействующими ядерными силами,

  - уменьшение энергии связи вследствие ненасыщенности связей поверхностных нуклонов,

  - уменьшение энергии связи из-за кулоновского отталкивания,

  - энергия симметрии, т.е. уменьшение энергии при отклонении от равенства N = Z,

  - изменение энергии связи, связанное со спариванием одинаковых нуклонов в ядре, т.е. объединением в пары, как протонов, так и нейтронов,

Замечание: необходимо обратить особое внимание на то, что энергия связи отражает уменьшение массы ядра по сравнению с суммарной массой составляющих ядро нуклонов.

Литература.

Савельев И.В. Курс общей физики. Учебн. пособие. В 5 кн. Кн.5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – М.: Наука. 1998. Гл.10.

Трофимова Т.И. Курс физики. Учебн. пособие. –М.: Высш. шк. 1990. Гл. 32.

Примеры решения задач

Пример 1

Оценить расстояние между центрами нуклонов в ядрах атомов.

Решение

Используя формулу (1.I), можно определить объём ядра атома с массовым числом А

Тогда на каждый нуклон приходится объем, равный

.

Принимая для простоты, что каждый нуклон занимает в ядре кубическую ячейку, можно оценить расстояние между центрами нуклонов, считая его равным стороне куба

.

Полученную величину полезно сравнить с типичным расстоянием между атомами в молекулах  и между молекулами в газах .

Плоская волна в проводящей среде Рассмотрим распространение плоской электромагнитной волны в проводящей среде, которая простирается теоретически в бесконечность.

Теорема Умова-Пойнтинга В 1847 г. Русский ученый Николай Алексеевич Умов (1846 – 1915) защитил в Московском университете докторскую диссертацию на тему: “О движении энергии в упругих средах” Идеи Н.А. Умова оказали серьезнейшее влияние на дальнейшее развитии представлений об энергии. Десять лет спустя эти идеи развил английский физик Пойнтинг в применении к электромагнитному полю. Они и составляют содержание теоремы Умова-Пойнтинга (Теорема описывает энергетические соотношения в поле).

Поверхностный эффект Поверхностным эффектом называют явление, связанное с неравномерным распределением по сечению проводника плотности тока проводимости, векторов E, H, B, а также магнитного потока. Поверхностный эффект наблюдают при прохождении переменного тока или изменении во времени внешнего магнитного потока.

Пример Считая, что ядро  моделируется однородно заряженным шаром, оценить потенциал электрического поля в точке, расположенной на поверхности ядра.

Лабораторная работа по физике