Forma şi densitatea nucleului. Forţa nucleară. Defectul de masă.

în prima lecție de fizică nucleară

vom discuta despre proprietățile

de bază ale nucleului și anume

compoziția sa structura formă și

masă și apoi vom discuta despre

forța nucleară nucleul este format

din două tipuri de particule numite

nucleoni deci nucleonii de la numele

de nucleu deci nucleonii sunt de

două tipuri protoni care au sarcină

pozitivă și masă foarte puțin mai

mare decât o unitate atomică de

masă neutronii au sarcină 0 Deci

nu sunt încărcați electric și au

și ei masa egală până la o corecție

foarte mică cu o unitate atomică

de masă vă aducă aminte că o unitate

atomică de masă este prin definiție

a 12-a parte din masa unui atom

de carbon 12 se notează cu Z și

se numește număr Atomic numărul

de protoni din nucleu Deci va fi

va fi sarcină electrică a nucleului

și deoarece atomul este neutru

din punct de vedere electric atunci

z trebuie să fie egal egal și cu

numărul de electroni adică sarcina

totală negativă dată de electroni

trebuie să fie egală cu sarcina

totală pozitivă dată de protoni

10 este numărul de protoni în nucleu

se notează cu a și se numește număr

atomic de masă numărul total de

nucleonii adică atât protonii cât

și neutroni luați împreună numărul

atomic de masă de toată masa atomului

în deoarece tata masa atomului

este nucleo până la o mică corecție

aceasta deoarece Masa protonului

este aproximativ egală cu masa

neutronului după cum vedeți din

acest an egalități și amândouă

sunt mult mai mari decât masa electronului

factorul s 1837 în concluzie masa

atomului Deci numărul Atomic pe

masă va fi până la o corecție foarte

mică și masă atomul Atomic care

cuprinde aceste proprietăți este

acesta x a z unde x este simbolul

elementului z este numărul Atomic

și a este numărul Atomic de masă

Spre exemplu heliu are simbolul

heliu 2.4 aceasta înseamnă că heliul

are doi protoni doi note Roni și

doi electroni nici structura unui

atom de heliu va fi ceva de genul

următor doi protoni încărcați pozitivi

doi neutroni încărcați neutru în

nucleu și apoi pe un înveliș electronic

pe o pătură electronică doi electroni

care orbitează în jurul nucleului

după structura lor tip nucleele

se clasifică în următoarele tipuri

se numesc izotopi nucleele care

au același z și deci dacă au același

au același număr de protoni exemple

de izotopi sunt următoarele Zootopia

lucruri de hidrogen sunt hidrogenul

deuteriul și trituro hidrogenul

este elementul stabil celelalte

două nuclee sunt instabile Deci

se dezintegrează după un anumit

timp este adevărat pentru izotopică

unul singur dintre izotopii unui

element un singur izotopii unui

element este stabil celălalt silit

izotopi sunt instabil și se dezintegrează

un alt exemplu este pentru uraniu

Deci elementului uraniu are 300

adică același număr de protoni

același sat variază aur în concluzie

dacă rămâne constant și variază

aul singur lucru si poate varia

este numărul de protoni de neutroni

scuzați deci dacă zet este constant

și creștem a singurul fel în care

putem crește a este prin creșterea

numărului de neutroni din nucleu

se numesc izobari nucleele care

au același număr Atomic de masă

Spre exemplu vedem aici magneziu

21 27 și aluminiu 1327 au același

ei variază Zetor la fel dacă aul

este constanți variază setul înseamnă

că păstrăm numărul de neutroni

Constanța și very m numărul de

protoni Haide să discutăm despre

forma și densitatea nucleului În

primul rând experimental se stabilește

că raza atomului este de ordinul

10 la minus 10 m pe când raza nucleului

este mult mai mică 10 la minus

14 m despre aceste valori și felul

cum sunt ele determinate am discutat

în lecția despre experimentul rutherford

Deci nucleul este mult mai mic

decât atomul el fiind practic un

punct în centrul atomului bineînțeles

știind că nucleul nu este punctiform

El este punctul doar din punct

de vedere al atomului El are o

structură internă mai important

se stabilește experimental următoarele

se stabilesc experimental următoarele

proprietăți ale distribuției nucleonilor

protoni și neutroni în nucleu și

anume știm că ea este izotropa

Adică are o simetrie sferică Asta

înseamnă pur și simplu că întrun

nucleu dacă ne uităm în orice direcție

găsim aceeași densitate aceeași

distribuție a nucleonilor aceasta

înseamnă proprietatea de distribuție

izotropa sau simetrie sferică a

acestei distribuții aceeași altă

consecință importantă din studiile

experimentale este că această distribuția

nucleonilor în nucleu este uniform

acest lucru înseamnă că dacă Reprezentăm

grafic densitatea adică numărul

de nucleoni ca funcție de număr

de nucleoni pe unitatea de volum

ca funcție de raza nucleului Deci

ne uităm în nucleu și reprezentati

grafic densitatea de nucleoni ca

funcție de aer observăm că este

constantă până aproape de maxim

raza leului când iei scade dar

nu scade chiar brusc Ce are o anumită

distanță pe care în în care ajunge

la zero dar densitatea este constantă

pe aproape toată raza nucleului

de aici putem din aceste două proprietăți

putem trage câteva concluzii importante

despre proprietățile lucruri înainte

de aceasta să menționăm că deviații

de la aceste două proprietăți apar

la nucleele foarte grele Spre exemplu

ele nu mai iau simetrie sferică

afară de formații în aceste nuclee

foarte grele de asemeni zona aceasta

tipic foarte îngustă de căderea

densității către 0 în se lărgește

Deci pentru nuclee mai mari de

nuclee e foarte grele va arăta

mai multe ceva de genul acesta

Deci avem o porțiune mai lată mai

largă a zonei în care densitatea

variază Dar pentru nucleele ușoare

și intermediare avem aceste două

proprietăți Haideți să vedem Ce

rezultă din ele în primul rând

din prima proprietate putem scrie

imediat că volumul unui nucleu

este proporțional cu puterea a

treia razi dacă este sferică are

o formă sferică volumul unei sfere

este patru părți la trei la trei

evidenta avem egalitate în măsura

în care această în cetate experimental

este totuși o aproximație volumul

devin aproximativ egale cu a treia

sau proporțional cu aer la a treia

din cea de a doua proprietate putem

scrie că volumul este proporțional

cu masa De ce dor se raportul dintre

masă și volum este prin definiție

densitatea care am spus că este

o Constanța din state constant

Deci densitatea constantă implică

imediat că volumul e proporțional

cu masa dar masa unui nucleu este

egală cu masa nucleon unui nucleon

înmulțită cu numărul de nucleoni

a rezultă Deci că volumul nucleului

este proporțional cu numărul atomic

de masă a de aici rezultă prima

ecuație importantă și anume că

raza nucleului este proporțională

cu rădăcina cubică din numărul

Atomic de masă zero este o constantă

egală măsurat experimental ca egală

cu 1 ori 10 la minus 15 metri și

care este raza medie a nucleului

adică această distanță R 0 Deci

undeva la mijlocul distanței dintre

aceste două Extreme de cel 0 este

raza medie a distribuției densități

măsurat experimental putem de duș

apoi imediat din aceste formule

Care care este valoarea acestei

densități lucrare de ce împărțim

masa nucleului la Volumul lui Masa

nucleului este m0 a masa unui nucleu

înmulțită cu numărul de nucleoni

iar volumul este 4 p la a treia

împărțit la trei dar este 0 a la

1 pe 3 și Deci obținem l0 la a

treia înmulțit cu a a se simplifică

și obținem această formulă pentru

densitatea nucleului în care toate

în care toți parametrii sunt constante

în zero este masa unui nucleon

Care este aproximativ egală cu

unitatea atomică de masă valoarea

unități atomice de masă este aceasta

Iar l0 experimental se măsoară

să fie egal cu această valoare

în concluzie putem calcula densitatea

nucleului și obținem această valoare

imens Deci rezultă că un nucleu

are aproximativ densitate egală

cu 150 de mii de tone pe milimetru

cub de ce tu densitate colosală

tipică materiei nucleare aceasta

are consecințe imediate în legătură

cu magnitudinea forței nuclei discutăm

despre forța nucleară distanța

dintre protoni este foarte mică

pentru nucleu Deci Aceasta este

o consecință directă a densității

densitate foarte mare înseamnă

număr foarte mare de nucleon pe

unitatea de volum această înseamnă

Bineînțeles că nucleonii sunt foarte

înghesuiți dacă doriți în acest

nucleu dar protonii sunt încărcați

electric și a având aceeași sarcină

electrică pozitivă se vor respinge

forța de respingere dintre doi

protoni este electrostatică Și

de ce este proporțională cu inversul

distanței dintre ele dintre ei

Deci dacă protonii se află la distanțe

foarte mici sunt foarte înghesuiți

un intrați rezultă că forța electrostatica

repulsivă dintre protoni este foarte

mare Deci dacă nu ar exista o altă

forță care se țină împreună atunci

nucleul sar dezintegra imediat

datorită acestei forțe repulsive

De ce există o a doua forță nucleu

pe lângă cea repulsivă dintre protoni

pe care o numim forța nucleară

care trebuie să fie atractivă pentru

a compensa repulsie electrostatică

și este și trebuie să fie și ea

foarte mare pentru a face față

rapper's această forță nucleară

are un caracter de saturație asta

înseamnă că se manifestă doar între

nucleonii vecini dacă între doi

nucleoni se află un al treilea

nucleon atunci iei numai interacționează

prin forța nucleară și numai cei

vecini și în consecință aceasta

implică că raza de acțiune a forței

nucleare este foarte mic este numai

între Doi nucleoni vecini care

după cum am văzut sunt foarte calm

31 pana nu prea de asemeni forța

nucleară nu depinde de sarcină

electrică în sensul că toți nucleonii

interacționează între ei indiferent

de faptul că sunt încărcați electric

precum protoni sau neutri din punct

de vedere electric precum neutronii

deci interacție pe n n n și p p

sunt identice din punct de vedere

al forței nucleare bineînțeles

și ultima proprietate importantă

că este aceea Că forța nucleară

este o așa numită forță de schimb

asta înseamnă că mecanismul prin

care are loc această interacțiune

clară este acela de intermediere

de către anumite particule care

se numesc mezonii ce să se miște

particule microscopice bineînțeles

virtual virtual particule virtuale

despre particule virtuale vom discuta

în lecțiile viitoare despre proprietățile

particulelor microscopice Deci

ea este intermediată prin schimb

de pentru schimb de astfel de zone

virtual În consecință nucleu pe

lângă câmpul electromagnetic foarte

intense datorat sarcini electrice

a protonul care se află în mișcare

de șoma vrea adopt un câmp electromagnetic

nu doar pur și simplu electrostatic

există și un al doilea câmp chiar

mic decât cel electromagnetic Care

este câmpul nuclear de tip Monique

forța nucleară este atât de intensă

încât experimental se poate observa

că masa nucleelor e mai mică decât

suma maselor nucleonilor deci pur

și simplu măsură masa unui nucleu

și apoi măsură masa nucleu nu și

calculăm diferența dintre Masa

nucleului și masă însumată a nucleului

orice îl compun și se observă că

această diferență care se numește

defect de masă Deci din nou dintre

masa totală a nucleonilor din nucleu

și masă nucleului care în principiu

ar trebui să fie egal de fapt nu

este egală este diferită de zero

și se numește de fac de masă iar

motivul pentru care apare acest

defect de masă este faptul că o

parte din masa nucleonilor și Diva

nucleului este distribuită în câmpul

din jurul lor iar forța nucleară

este atât de puternică încât modifică

sesizabil experimental acest câmp

și deși masa finală experimental

Spre exemplu nucleul de heliu are

masă 4 trei unități atomice de masă

iar defectul de masă al felului

este 0 și nouă unități atomice de

masă întradevăr defectul de masă

este foarte mic comparat cu masa

hilului Dar el este măsurabile

experimental De ce este un efect

semnificativ