1932'de bilim adamları D.D. tarafından proton ve nötronun keşfinden sonra. Ivanenko (SSCB) ve W. Heisenberg (Almanya), atom çekirdeğinin proton-nötron modelini öne sürdüler.
Bu modele göre:
- tüm kimyasal elementlerin çekirdeği nükleonlardan oluşur: protonlar ve nötronlar
- nükleer yük yalnızca protonlardan kaynaklanmaktadır
- Çekirdekteki proton sayısı elementin atom numarasına eşittir
- nötron sayısı kütle numarası ile proton sayısı arasındaki farka eşittir (N=A-Z)
Bir kimyasal elementin atomunun çekirdeğinin sembolü:
X – kimyasal element sembolü
A, aşağıdakileri gösteren kütle numarasıdır:
- tam atomik kütle birimi (amu) cinsinden çekirdeğin kütlesi
(1 amu = bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'si)
- çekirdekteki nükleon sayısı
- (A = N + Z), burada N, bir atomun çekirdeğindeki nötronların sayısıdır
Z, aşağıdakileri gösteren şarj numarasıdır:
- temel elektrik yüklerindeki nükleer yük (e.e.c.)
(1 e.e.z. = elektron yükü = 1,6 x 10 -19 C)
- proton sayısı
- atomdaki elektron sayısı
- periyodik tablodaki seri numarası
Çekirdeğin kütlesi her zaman onu oluşturan serbest proton ve nötronların geri kalan kütlelerinin toplamından daha azdır.
Bu, çekirdekteki protonların ve nötronların birbirlerine çok güçlü bir şekilde çekilmesiyle açıklanmaktadır. Bunları ayırmak çok çalışma gerektiriyor. Bu nedenle çekirdeğin toplam dinlenme enerjisi, onu oluşturan parçacıkların dinlenme enerjisine eşit değildir. Nükleer yerçekimi kuvvetlerinin üstesinden gelmek için gereken iş miktarından daha azdır.
Çekirdeğin kütlesi ile proton ve nötronların kütlelerinin toplamı arasındaki farka kütle kusuru denir.
ATOM ÇEKİRDEĞİNİN BAĞLANMA ENERJİSİ
Atom çekirdekleri çok sayıda nükleondan oluşan güçlü bağlı sistemlerdir.
Çekirdeği tamamen bileşen parçalarına ayırmak ve bunları birbirlerinden büyük mesafelerde çıkarmak için belirli bir miktar A işi harcamak gerekir.
Bağlanma enerjisi, bir çekirdeği serbest nükleonlara bölmek için yapılması gereken işe eşit enerjidir.
E bağlantısı = - A
Korunma yasasına göre bağlanma enerjisi, tek tek serbest nükleonlardan çekirdeğin oluşumu sırasında açığa çıkan enerjiye aynı anda eşittir.
Spesifik bağlanma enerjisi
Bu, nükleon başına bağlanma enerjisidir.
En hafif çekirdekler dışında spesifik bağlanma enerjisi yaklaşık olarak sabittir ve 8 MeV/nükleon'a eşittir. Kütle numaraları 50'den 60'a kadar olan elementler maksimum spesifik bağlanma enerjisine sahiptir (8,6 MeV/nükleon). Bu elementlerin çekirdekleri en kararlı olanlardır.
Çekirdekler nötronlarla aşırı yüklendiğinde spesifik bağlanma enerjisi azalır.
Periyodik tablonun sonundaki elementler için bu değer 7,6 MeV/nükleon'a eşittir (örneğin uranyum için).
Nükleer fisyon veya füzyon sonucu enerji açığa çıkması
Bir çekirdeğin parçalanması için, nükleer kuvvetleri yenecek kadar enerji harcanması gerekir.
Bireysel parçacıklardan bir çekirdek sentezlemek için Coulomb itme kuvvetlerinin üstesinden gelmek gerekir (bunun için bu parçacıkları yüksek hızlara hızlandırmak için enerji harcamak gerekir).
Yani nükleer fisyon veya nükleer sentez gerçekleştirmek için bir miktar enerji harcanması gerekir.
Bir çekirdek kısa mesafelerde kaynaştırıldığında, nükleer kuvvetler nükleonlara etki etmeye başlar ve bu da onların hızla hareket etmelerine neden olur.
Hızlandırılmış nükleonlar bağlanma enerjisine eşit enerjiye sahip gama ışınları yayarlar.
Nükleer fisyon veya füzyon reaksiyonunun çıkışında enerji açığa çıkar.
Ortaya çıkan nükleer fisyon veya nükleer sentezin gerçekleştirilmesi mantıklıdır, ör. Fisyon veya füzyon sonucu açığa çıkan enerji, harcanan enerjiden daha büyük olacaktır.
Grafiğe göre, pratikte yapılan gibi, ağır çekirdeklerin bölünmesi (bölünmesi) veya hafif çekirdeklerin füzyonu yoluyla enerji kazancı elde edilebilir.
KÜTLE BOZUKLUĞU
Nükleer kütlelerin ölçümleri, nükleer kütlenin (Nm), onu oluşturan serbest nötronların ve protonların geri kalan kütlelerinin toplamından her zaman daha az olduğunu göstermektedir.
Nükleer fisyon sırasında: Çekirdeğin kütlesi her zaman oluşan serbest parçacıkların geri kalan kütlelerinin toplamından daha azdır.
Nükleer sentez sırasında: Ortaya çıkan çekirdeğin kütlesi her zaman onu oluşturan serbest parçacıkların geri kalan kütlelerinin toplamından daha azdır.
Kütle kusuru, bir atom çekirdeğinin bağlanma enerjisinin bir ölçüsüdür.
Kütle kusuru, çekirdeğin serbest durumdaki tüm nükleonlarının toplam kütlesi ile çekirdeğin kütlesi arasındaki farka eşittir:
Mya çekirdeğin kütlesidir (referans kitabından)
Z – çekirdekteki proton sayısı
mp – serbest bir protonun dinlenme kütlesi (referans kitabından)
N – çekirdekteki nötron sayısı
mn – serbest bir nötronun dinlenme kütlesi (referans kitabından)
Çekirdeğin oluşumu sırasında kütlenin azalması, nükleon sisteminin enerjisinin azalması anlamına gelir.
Mi çekirdeğinin kütlesi her zaman içinde bulunan parçacıkların kütlelerinin toplamından daha azdır. Bunun nedeni, nükleonların bir çekirdeğe dönüştüğünde, nükleonların birbirlerine bağlanma enerjisinin açığa çıkmasıdır. Bir parçacığın dinlenme enerjisi, kütlesi ile E 0 =mc 2 ilişkisi ile ilişkilidir. Sonuç olarak, dinlenme halindeki bir çekirdeğin enerjisi, dinlenme halindeki etkileşim halindeki nükleonların toplam enerjisinden şu miktar kadar azdır:E St = c 2 (-m ben).
Bu değer Çekirdekteki nükleonların bağlanma enerjisiÇekirdeği oluşturan nükleonları pratik olarak birbirleriyle etkileşime girmeyecek mesafelerde ayırıp birbirlerinden uzaklaştırmak için yapılması gereken işe eşittir.
Büyüklük
Δ=-n ben
isminde çekirdek kütle kusuru.Kütle kusuru bağıntı ile bağlanma enerjisi ile ilişkilidir.
Δ=E St/c 2.
2 proton ve 2 nötron içeren 2 He 4 çekirdeğindeki nükleonların bağlanma enerjisini hesaplayalım.
2 He 4 atomunun kütlesi 4,00260 amu'dur. bu da 3728.0 MeV'ye karşılık gelir. 1H1 atomunun kütlesi 1.00815 amu'dur. Nötron kütlesi 939,57 MeV'dir. Bu miktarları yukarıdaki formülde yerine koyarsak, elde ederiz
E ışık =(2*938,7+2*939,5)-3728,0=24,8 MeV.
Nükleon başına hesaplandığında, bir helyum çekirdeğinin bağlanma enerjisi 7,1 MeV'dir. Karşılaştırma için, atomlardaki değerlik elektronlarının bağlanma enerjisinin 106 daha az (yaklaşık 10 eV) olduğunu belirtelim. helyum gibi yaklaşık olarak aynı değerdedir.
En güçlü şekilde bağlanan nükleonlar, kütle sayıları 50-60 civarında olan çekirdeklerde bulunur (yani Cr'den Zn'ye kadar olan elementler için). Bu çekirdeklerin bağlanma enerjisi, A'nın artmasıyla birlikte, yavaş yavaş 8.7 MeV/nükleon'a ulaşır. azalır; En ağır doğal element olan uranyum için bu oran 7,5 MeV/nükleondur.
Spesifik enerjinin kütle numarasına olan bu bağımlılığı, enerji açısından iki süreci mümkün kılar:
1) ağır çekirdeklerin birkaç hafif çekirdeğe bölünmesi
2) hafif çekirdeklerin bire füzyonu (sentezi).
Her iki sürece de büyük miktarda enerji salınımı eşlik eder. Örneğin, döteryum ve trityum çekirdekleri birleştiğinde 17,6 MeV enerji açığa çıkar ve C ve O2 atomlarından karbondioksit CO2 oluştuğunda, düzenin enerjisi. 5 MeV serbest bırakılır. Fark açıktır.
Kütle numarası 50'den 60'a kadar olan çekirdekler enerjik olarak daha uygundur. Bu bağlamda şu soru ortaya çıkıyor: Neden diğer A değerlerine sahip çekirdekler? Cevap şu şekildedir: Ağır bir çekirdeği bölmek için. Enerjisi çekirdeğin temel durumunun enerjisini aşan bir dizi ara durumdan geçer. Sonuç olarak, nükleer fisyon süreci ek enerji (aktivasyon enerjisi) gerektirir ve bu daha sonra geri döner ve bir değişiklik nedeniyle fisyon sırasında açığa çıkan enerjiye eklenir. Bağlanma enerjisinde Normal koşullar altında, çekirdeğin enerji aktivasyonu alabileceği hiçbir yer yoktur, bunun sonucunda ağır çekirdekler kendiliğinden fisyona uğramaz. Aktivasyon enerjisi, yakalanan veya ek bir nötron tarafından verilebilir.
Çekirdekler tarafından yakalanan nötronların etkisi altında uranyum veya plütonyum çekirdeklerinin fisyon süreci, nükleer reaktörlerin ve geleneksel bir atom bombasının çalışmasının temelini oluşturur.
Hafif çekirdeklerin ise tek bir çekirdek halinde birleşebilmeleri için birbirlerine çok yakın mesafede (10-15 m) yaklaşmaları gerekir. Çekirdeklerin bu şekilde yaklaşması aralarındaki Coulomb itmesi ile engellenir. çekirdeklerin birkaç yüz milyon Kelvin düzeyindeki sıcaklıklara karşılık gelen muazzam hızlarla hareket etmesi gerekir.
Bu nedenle hafif çekirdeklerin sentezlenmesi sürecine denir. termonükleer reaksiyon
Bu tür reaksiyonlar Güneş'in ve diğer yıldızların derinliklerinde meydana gelir. Karasal koşullar altında, şimdiye kadar hidrojen bombalarının patlaması sırasında kontrolsüz termonükleer reaksiyonlar gerçekleştirildi. füzyon.
Bir çekirdeği birbiriyle etkileşime girmeyen ayrı (serbest) nükleonlara bölmek için, nükleer kuvvetleri yenecek, yani çekirdeğe belirli bir enerji kazandıracak iş yapmak gerekir. Tam tersine, serbest nükleonlar bir çekirdeğe dönüştüğünde, aynı enerji açığa çıkar (enerjinin korunumu yasasına göre).
- Bir çekirdeğin tek tek nükleonlara bölünmesi için gereken minimum enerjiye nükleer bağlanma enerjisi denir.
Bir çekirdeğin bağlanma enerjisinin değeri nasıl belirlenebilir?
Bu enerjiyi bulmanın en basit yolu, 1905 yılında Alman bilim adamı Albert Einstein tarafından keşfedilen kütle ve enerji arasındaki ilişkiye ilişkin yasanın uygulanmasına dayanmaktadır.
Albert Einstein (1879-1955)
Alman teorik fizikçi, modern fiziğin kurucularından biri. Kütle ve enerji arasındaki ilişkinin yasasını keşfetti, özel ve genel görelilik teorilerini yarattı
Bu yasaya göre, bir parçacık sisteminin kütlesi m ile geri kalan enerji, yani bu sistemin iç enerjisi E 0 arasında doğru orantılı bir ilişki vardır:
burada c ışığın boşluktaki hızıdır.
Herhangi bir işlemin sonucu olarak bir parçacık sisteminin geri kalan enerjisi ΔE 0 1 değeri kadar değişirse, bu, bu sistemin kütlesinde Δm değeri kadar karşılık gelen bir değişiklik gerektirecektir ve bu miktarlar arasındaki ilişki ifade edilecektir. eşitlikle:
ΔE 0 = Δmс 2.
Dolayısıyla serbest nükleonlar bir çekirdeğe dönüştüğünde, açığa çıkan enerji (bu işlem sırasında yayılan fotonlar tarafından taşınır) sonucunda nükleonların kütlesinin de azalması gerekir. Başka bir deyişle, bir çekirdeğin kütlesi, onu oluşturan nükleonların kütlelerinin toplamından her zaman azdır.
Kendisini oluşturan nükleonların toplam kütlesine kıyasla nükleer kütlenin Δm eksikliği şu şekilde yazılabilir:
Δm = (Zm p + Nm n) - M ben,
burada Mi çekirdeğin kütlesidir, Z ve N çekirdekteki proton ve nötronların sayısıdır ve mp ve mn serbest proton ve nötronun kütleleridir.
Δm miktarına kütle kusuru denir. Kütle kusurunun varlığı çok sayıda deneyle doğrulanmıştır.
Örneğin, bir proton ve bir nötrondan oluşan bir döteryum (ağır hidrojen) atomunun çekirdeğinin bağlanma enerjisini ΔE 0 hesaplayalım. Başka bir deyişle, bir çekirdeğin proton ve nötrona bölünmesi için gereken enerjiyi hesaplayalım.
Bunu yapmak için, önce bu çekirdeğin kütle kusurunu Δm belirleriz, nükleon kütlelerinin ve döteryum atomunun çekirdeğinin kütlesinin yaklaşık değerlerini ilgili tablolardan alırız. Tablo verilerine göre proton kütlesi yaklaşık 1,0073 a'dır. e.m., nötron kütlesi - 1.0087 a. e.m., döteryum çekirdeğinin kütlesi 2,0141 am'dir. Yani, Δm = (1,0073 a.u.m. + 1.0087 a.u.m.) - 2.0141 a.u. em = 0,0019 a. sabah
Bağlanma enerjisini joule cinsinden elde etmek için kütle kusurunun kilogram cinsinden ifade edilmesi gerekir.
Bunu göz önünde bulundurarak 1 a. e.m = 1.6605 10 -27 kg, şunu elde ederiz:
Δm = 1,6605 10 -27 kg 0,0019 = 0,0032 10 -27 kg.
Kütle kusurunun bu değerini bağlanma enerjisi formülüne koyarsak şunu elde ederiz:
Herhangi bir nükleer reaksiyon sırasında salınan veya emilen enerji, etkileşime giren çekirdeklerin ve bu etkileşim sonucunda oluşan parçacıkların kütleleri biliniyorsa hesaplanabilir.
Sorular
- Çekirdeğin bağlanma enerjisi nedir?
- Herhangi bir çekirdeğin kütle kusurunu belirlemek için formülü yazın.
- Bir çekirdeğin bağlanma enerjisini hesaplamak için formülü yazın.
1 Yunanca Δ (“delta”) harfi genellikle sembolünden önce bu harf gelen fiziksel nicelikteki bir değişikliği belirtir.
Atom çekirdekleri çok sayıda nükleondan oluşan güçlü bağlı sistemlerdir. Çekirdeği tamamen bileşen parçalarına ayırmak ve birbirlerinden uzak mesafelerde uzaklaştırmak için belirli bir miktarda A işi harcamak gerekir. Bağlanma enerjisi, çekirdeği serbest parçalara bölmek için yapılması gereken işe eşit enerjidir. nükleonlar E bağları = - A Korunum yasasına göre bağlanma enerjisi, tek tek serbest nükleonlardan bir çekirdeğin oluşumu sırasında salınan enerjiye eş zamanlı olarak eşittir. Spesifik bağlanma enerjisi nükleon başına bağlanma enerjisidir.
KÜTLE BOZUKLUĞU Nükleer kütlelerin ölçümleri, nükleer kütlenin (Nm), onu oluşturan serbest nötronların ve protonların geri kalan kütlelerinin toplamından her zaman daha az olduğunu göstermektedir. Nükleer fisyon sırasında: Çekirdeğin kütlesi her zaman oluşan serbest parçacıkların geri kalan kütlelerinin toplamından daha azdır. Nükleer sentez sırasında: Ortaya çıkan çekirdeğin kütlesi her zaman onu oluşturan serbest parçacıkların geri kalan kütlelerinin toplamından daha azdır.
Kütle kusuru, bir atom çekirdeğinin bağlanma enerjisinin bir ölçüsüdür. Kütle kusuru, çekirdeğin serbest durumdaki tüm nükleonlarının toplam kütlesi ile çekirdeğin kütlesi arasındaki farka eşittir:
burada Мa çekirdeğin kütlesidir (referans kitabından) Z çekirdekteki protonların sayısıdır mp serbest protonun geri kalan kütlesidir (referans kitabından) N çekirdekteki nötronların sayısıdır mn Serbest bir nötronun dinlenme kütlesi (referans kitabından) Bir çekirdeğin oluşumu sırasında kütlenin azalması, bunun nükleon sisteminin enerjisinin azalması anlamına geldiği anlamına gelir.
Atom çekirdeği- kütlesinin büyük kısmının yoğunlaştığı atomun merkezi kısmı (% 99,9'dan fazla). Çekirdek pozitif yüklüdür; çekirdeğin yükü, atomun atandığı kimyasal element tarafından belirlenir. Çeşitli atomların çekirdeklerinin boyutları, atomun kendisinden 10 bin kat daha küçük olan birkaç femtometredir.
Nükleer fizik atom çekirdeklerini inceler.
Atom çekirdeği, birbirine güçlü etkileşimle bağlanan pozitif yüklü protonlar ve nötr nötronlar olan nükleonlardan oluşur. Proton ve nötronun [sn 1]'e eşit kendi açısal momentumları (dönüşleri) ve bununla ilişkili bir manyetik momentleri vardır.
Belirli sayıda proton ve nötron içeren bir parçacık sınıfı olarak kabul edilen atom çekirdeğine genellikle denir. çekirdek.
Bir çekirdekteki proton sayısına yük numarası denir - bu sayı, periyodik tablodaki atomun ait olduğu elementin atom numarasına eşittir. Çekirdekteki protonların sayısı, nötr bir atomun elektron kabuğunun yapısını ve dolayısıyla karşılık gelen elementin kimyasal özelliklerini belirler. Çekirdekteki nötron sayısına denir izotop numarası. Proton sayıları aynı ve nötron sayıları farklı olan çekirdeklere izotop denir. Nötron sayıları aynı fakat proton sayıları farklı olan çekirdeklere izoton denir. İzotop ve izoton terimleri aynı zamanda bu çekirdekleri içeren atomları ifade etmek ve tek bir kimyasal elementin kimyasal olmayan çeşitlerini karakterize etmek için de kullanılır. Bir çekirdekteki nükleonların toplam sayısına kütle numarası () denir ve yaklaşık olarak periyodik tabloda gösterilen bir atomun ortalama kütlesine eşittir. Kütle numarası aynı fakat proton-nötron bileşimi farklı olan nüklidlere genellikle izobarlar denir.
Herhangi bir kuantum sistemi gibi, çekirdekler de yarı kararlı bir uyarılmış durumda olabilir ve bazı durumlarda böyle bir durumun ömrü yıllarla hesaplanır. Çekirdeklerin bu tür uyarılmış hallerine nükleer izomerler denir.
22. İki metalin teması. Termoelektrik olaylar. Termoelektrik olaylar
metallerde ve yarı iletkenlerde termal ve elektriksel süreçler arasındaki ilişkinin neden olduğu bir dizi fiziksel olay. T.I. Seebeck, Peltier ve Thomson etkileridir. Seebeck etkisi farklı iletkenlerden oluşan kapalı bir devrede, temas noktaları farklı sıcaklıklarda tutulursa bir emk'nin (termo güç) ortaya çıkmasından oluşur. En basit durumda, bir elektrik devresi iki farklı iletkenden oluştuğunda buna denir. Termokupl ohm , veya termokupl (Bkz. Termokupl). Termogücün büyüklüğü yalnızca sıcak ortamın sıcaklığına bağlıdır. T 1 ve soğuk T 2 kontak ve iletkenlerin malzemesinden. Küçük bir sıcaklık aralığında termogüç e farkla orantılı olarak kabul edilebilir ( T 1 – T 2), yani e= α (T 1 –T 2). Katsayı α çiftinin termoelektrik yeteneği (termogüç, termogüç katsayısı veya spesifik termogüç) olarak adlandırılır. İletkenlerin malzemelerine göre belirlenir ancak aynı zamanda sıcaklık aralığına da bağlıdır; Bazı durumlarda α, sıcaklıktaki değişiklikle işaret değiştirir. Tablo, 0-100 °C sıcaklık aralığı için bazı metaller ve alaşımlar için Pb ile ilgili a değerlerini göstermektedir (pozitif işaret α akımın ısıtılmış bağlantıdan aktığı metallere atanır). Bununla birlikte, tabloda verilen rakamlar keyfidir, çünkü malzemenin ısıl gücü, mikroskobik miktardaki yabancı maddelere (bazen kimyasal analizin hassasiyetinin ötesinde), kristal tanelerinin yönelimine ve malzemenin termal ve hatta soğuk işlenmesine duyarlıdır. . Malzemelerin bileşime dayalı olarak reddedilmesi yöntemi, termo gücün bu özelliğine dayanmaktadır. Aynı sebepten dolayı, aynı malzemeden oluşan bir devrede, sıcaklık farklılıklarının varlığında, devrenin farklı bölümlerinin farklı teknolojik işlemlere tabi tutulması durumunda termik güç meydana gelebilir. Öte yandan, eğer bu durumda ortaya çıkan ek temas noktaları aynı sıcaklıkta tutulursa, devreye herhangi bir sayıda başka malzeme seri olarak bağlandığında bir termokuplun emk'si değişmez.
Metaller temas ettirilirse (aralarında temas oluşursa), iletim elektronları temas noktasında bir iletkenden diğerine hareket edebilir. Fermi enerjisinin artmasıyla iş fonksiyonu azalır. Metal-metal geçişindeki olayı anlamak için Fermi enerjisinin iletim bandındaki serbest elektronların konsantrasyonuna bağlı olduğunu hesaba katmak gerekir; elektron konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa Fermi enerjisi de o kadar yüksek olur. Bu, metal-metal arayüzünde bir geçiş oluştuğunda, sınırın farklı taraflarındaki serbest elektronların konsantrasyonunun farklı olduğu anlamına gelir; Fermi enerjisi daha yüksek olan metal tarafında (1) daha yüksektir. Elektron konsantrasyonundaki değişiklik, geçiş katmanı adı verilen, metaller arasındaki ara yüzeye yakın belirli bir bölgede meydana gelir (Şekil 8.7.3). Geçişteki elektrik alan potansiyelindeki değişim Şekil 8.7.4'te gösterilmektedir. Geçişin oluşumu sırasında sınırdaki metallerdeki Fermi enerjileri değişir. Fermi enerjisi daha yüksek olan bir metal pozitif yüklü hale gelir ve dolayısıyla bu metalin iş fonksiyonu artar.
21.Yarıiletkenlerin içsel ve safsızlık iletkenliği. P tipi ve n tipi iletkenlik. İki yarı iletkenin P-n teması. İçsel yarı iletkenlerde, bağlar kırıldığında ortaya çıkan elektron ve deliklerin sayısı aynıdır; İçsel yarı iletkenlerin iletkenliği serbest elektronlar ve delikler tarafından eşit olarak sağlanır. Safsızlık yarı iletkenlerinin iletkenliği Bir yarı iletkene doğal yarı iletkeninkinden daha büyük bir değerliğe sahip bir yabancı madde eklenirse, bir donör yarı iletken oluşur (Örneğin, bir silikon kristaline beş değerlikli arsenik eklendiğinde. Beş değerlik elektronundan biri). arsenik serbest kalır). Donör yarı iletkeninde elektronlar çoğunluk yük taşıyıcılarıdır ve delikler azınlık yük taşıyıcılarıdır. Bu tür yarı iletkenlere n-tipi yarı iletkenler denir ve iletkenlik elektroniktir. Eğer yarı iletkene doğal yarı iletkenin değerinden daha düşük bir değerliğe sahip bir yabancı madde eklenirse, bir alıcı yarı iletken oluşur. (Örneğin, bir silikon kristaline üç değerlikli indiyum eklenirken. Her indiyum atomunda, komşu silikon atomlarından biriyle çift elektron bağı oluşturmak için bir elektron eksiktir. Bu doldurulmamış bağların her biri bir deliktir). Alıcı yarıiletkenlerde çoğunluk yük taşıyıcıları delikler, azınlık yük taşıyıcıları ise elektronlardır. Bu tür yarı iletkenlere p tipi yarı iletkenler denir ve iletkenlik deliktir. Beş değerlikli safsızlık atomlarına denir bağışçılar: serbest elektronların sayısını arttırırlar. Böyle bir safsızlığın her atomu fazladan bir elektron ekler. Bu durumda ekstra delik oluşmaz. Bir yarı iletkenin yapısındaki yabancı madde atomu, sabit pozitif yüklü bir iyona dönüşür. Yarı iletkenin iletkenliği artık esas olarak serbest safsızlık elektronlarının sayısına göre belirlenecektir. Genel olarak bu tür iletkenliğe iletkenlik denir. N- tipi ve yarı iletkenin kendisi bir yarı iletkendir N-tipi Üç değerlikli bir safsızlık eklendiğinde, yarı iletkenin değerlik bağlarından birinin doldurulmadığı ortaya çıkar; bu, bir delik ve sabit negatif yüklü bir safsızlık iyonunun oluşumuna eşdeğerdir. Dolayısıyla bu durumda delik konsantrasyonu artar. Bu tür safsızlıklara denir kabul edenler ve, alıcı safsızlığının eklenmesinden kaynaklanan iletkenliğe iletkenlik denir R-tip. Bu tür yarı iletkenlere yarı iletken denir R-tip.
20. Katıların bant teorisi. Metaller, dielektrikler ve yarı iletkenler.
Katıların bant teorisi- Bir katıdaki elektron hareketinin kuantum mekaniksel teorisi.
Kuantum mekaniğine göre serbest elektronlar herhangi bir enerjiye sahip olabilir; enerji spektrumları süreklidir. İzole edilmiş atomlara ait elektronların belirli ayrık enerji değerleri vardır. Bir katıda elektronların enerji spektrumu önemli ölçüde farklıdır; yasak enerji bölgeleriyle ayrılmış ayrı izin verilen enerji bölgelerinden oluşur.
Dielektrik(yalıtkan) - pratik olarak elektrik akımını iletmeyen bir madde. Dielektrikteki serbest yük taşıyıcılarının konsantrasyonu 10 8 cm −3'ü aşmaz. Bir dielektrikin ana özelliği, harici bir elektrik alanında polarizasyon yeteneğidir. Katıların bant teorisi açısından dielektrik, bant aralığı 3 eV'den büyük olan bir maddedir. T Yarı iletkenler - bir yarı iletken bir dielektrikten yalnızca değerlik bandını iletim bandından ayıran bant aralığının Δ genişliğinin çok daha küçük olması (onlarca kez) açısından farklılık gösterir. Şu tarihte:
= 0 olduğunda, dielektrikte olduğu gibi yarı iletkendeki değerlik bandı tamamen doludur ve örnekten akım geçemez. Ancak Δ enerjisinin küçük olması nedeniyle sıcaklıktaki hafif bir artışla bile bazı elektronlar iletim bandına geçebilir (Şekil 3). Daha sonra maddedeki elektrik akımı aynı anda iki "kanal" üzerinden mümkün hale gelecektir. Öncelikle iletim bandında elektrik alanında enerji kazanan elektronlar daha yüksek enerji seviyelerine doğru hareket ederler. İkincisi, elektrik akımına katkı, iletim bandına çıkan elektronların değerlik bandında bıraktığı boş seviyelerden gelir. Aslında Pauli prensibi herhangi bir elektronun değerlik bandında boş bir seviyeyi işgal etmesine izin verir. Ancak bu seviyeyi işgal ettiğinde kendi seviyesini serbest bırakır vb. Eğer elektronların değerlik bandındaki seviyeler arasındaki hareketini değil, boş seviyelerin kendilerinin hareketini takip ederseniz, o zaman bu seviyelerin olduğu ortaya çıkar. bilimsel adı var delikler , aynı zamanda mevcut taşıyıcılar haline gelir. Deliklerin sayısı açıkça iletim bandına giren elektronların sayısına eşittir (sözde iletim elektronları
), ancak deliklerin pozitif yükü vardır çünkü delik eksik bir elektrondur. Metaller - Metallerdeki elektronlar sonunda atomik kökenlerini “unuturlar”, seviyeleri çok geniş bir bölge oluşturur. Her zaman yalnızca kısmen doldurulur (elektronların sayısı seviye sayısından azdır) ve bu nedenle iletim bandı olarak adlandırılabilir (Şekil 6). Açık ki. Üstelik kuantum mekaniğini kullanarak şu kanıtlanabilir: ideal metal(kafesinde hiçbir kusur olmayan) T= 0 akım dirençsiz akmalıdır [2]!
Ne yazık ki ideal kristaller yoktur ve sıfır sıcaklığa ulaşılamaz. Gerçekte elektronlar titreşen kafes atomlarıyla etkileşerek enerji kaybederler. Gerçek metalin direnci sıcaklıkla artar(yarı iletken direncinin aksine). Ancak en önemli şey, herhangi bir sıcaklıkta bir metalin elektrik iletkenliğinin, bir yarı iletkenin elektrik iletkenliğinden önemli ölçüde daha yüksek olmasıdır; çünkü metal, elektrik akımını iletebilen çok daha fazla elektron içerir.
19. Molekül. Kimyasal bağlar. Moleküler spektrumlar. Işığın emilmesi. Kendiliğinden ve uyarılmış emisyon. Optik kuantum jeneratörleri.
Molekül- kimyasal bir maddenin en küçük parçacığı olan, kovalent bağlarla birbirine bağlanan iki veya daha fazla atomdan oluşan elektriksel olarak nötr bir parçacık.
Kimyasal bağ elektron alışverişi yoluyla gerçekleştirilen iki atomun etkileşimidir. Kimyasal bir bağ oluştuğunda atomlar, en yakın inert gazın atomunun yapısına karşılık gelen, kararlı bir sekiz elektronlu (veya iki elektronlu) dış kabuk edinme eğilimindedir. Aşağıdaki kimyasal bağ türleri ayırt edilir: kovalent(kutupsal ve kutupsal olmayan; değişim ve bağışçı-alıcı), iyonik, hidrojen Ve maden.
MOLEKÜLER SPEKTRUMLAR- aynı enerjiden moleküllerin kuantum geçişleri sırasında ortaya çıkan absorpsiyon, emisyon veya saçılma spektrumları. diğerine belirtir. M.s. molekülün bileşimi, yapısı, kimyasalın doğası ile belirlenir. dış ortamlarla iletişim ve etkileşim alanlar (ve dolayısıyla onu çevreleyen atomlar ve moleküller ile birlikte). Naib. karakteristik M. s. spektral çizgilerin basınçla genişletilmediği durumlarda seyreltilmiş moleküler gazlar: böyle bir spektrum, Doppler genişliğine sahip dar çizgilerden oluşur. EMİLİM SVETA- optik yoğunlukta azalma. Bir hücreden geçerken radyasyon. ışık enerjisinin diğer enerji türlerine veya optik enerjiye dönüştürülmesinin bir sonucu olarak, onunla etkileşim nedeniyle çevre. diğer spektral bileşimin radyasyonu. Temel P.'nin yoğunlukla ilgili yasası BEN orta kalınlıkta bir emici tabakadan geçen ışık demeti ben ile gelen ışının yoğunluğu BEN 0, Bouguer kanunu katsayısı ışık yoğunluğundan bağımsızdır. isminde absorpsiyon indeksi ve kural olarak farklı dalga boyları için farklıdır. Bu yasa deneysel olarak P. Bouguer (1729) tarafından oluşturulmuş ve daha sonra teorik olarak I. Lambert (J. N. Lambert, 1760) tarafından çok basit varsayımlar altında türetilmiştir. Herhangi bir madde katmanında, ışık akısının yoğunluğu yalnızca katmanın kalınlığına bağlı olarak belirli bir oranda azalır. ben, yani dI/l =
Bir atom tarafından elektromanyetik dalganın yayılma süreci iki tip olabilir: kendiliğinden ve zorlanmış. Kendiliğinden emisyonda, bir atom, atom üzerinde herhangi bir dış etki olmaksızın kendiliğinden daha yüksek bir enerji düzeyinden daha düşük bir enerji düzeyine hareket eder. Bir atomun kendiliğinden emisyonu, yalnızca üst (uyarılmış) durumunun kararsızlığından kaynaklanır, bunun sonucunda atom er ya da geç bir foton yayarak uyarılma enerjisinden kurtulur. Çeşitli atomlar kendiliğinden yayılır; birbirlerinden bağımsız olarak farklı yönlerde yayılan, farklı faz ve polarizasyon yönlerine sahip fotonlar üretirler. Bu nedenle kendiliğinden emisyon tutarsızdır. Radyasyon ayrıca, ν frekansına sahip bir elektromanyetik dalganın uyarılmış bir atom üzerinde hareket etmesi ve hν=Em-En ilişkisini sağlaması durumunda da ortaya çıkabilir; burada Em ve En, atomun kuantum durumlarının enerjileridir (ν frekansına rezonans denir) . Ortaya çıkan radyasyon uyarılır. Uyarılmış emisyonun her eylemi iki foton içerir. Bunlardan biri, harici bir kaynaktan yayılan (söz konusu atom için harici bir kaynak, komşu bir atom da olabilir), atomu etkiler ve bunun sonucunda bir foton yayılır. Her iki foton da aynı yayılma ve polarizasyon yönüne, ayrıca aynı frekans ve faza sahiptir. Yani, uyarılmış emisyon her zaman zorlayıcı olanla tutarlıdır. Optik kuantum jeneratörleri (OQG'ler) veya lazerler tek
güçlü monokromatik ışık kaynakları. Işık amplifikasyonunun prensibi
Atomik sistemlerin kullanılması ilk olarak 1940 yılında V.A. Üretici.
Bununla birlikte, optik bir kuantum yaratma olasılığının gerekçesi
jeneratör ancak 1958 yılında C. Townes ve A. Shavlov tarafından verilmiştir.
radyo aralığında kuantum cihazlarının geliştirilmesindeki başarılar. Birinci
optik kuantum jeneratörü 1960 yılında gerçekleştirildi.
çalışan bir madde olarak yakut kristali.
içindeki nüfus üç seviyeli pompalama yöntemiyle gerçekleştirildi,
Paramanyetik kuantum yükselteçlerde yaygın olarak kullanılır.
18. Elektriksel iletkenliğin kuantum teorisi.
Metallerin elektriksel iletkenliğine ilişkin kuantum teorisi - Fermi - Dirac'ın kuantum mekaniği ve kuantum istatistiklerine dayanan elektriksel iletkenlik teorisi, - klasik fizikte ele alınan metallerin elektriksel iletkenliği sorununu yeniden ele aldı. Bu teoriye dayanarak gerçekleştirilen metallerin elektriksel iletkenliğinin hesaplanması, metalin spesifik elektriksel iletkenliği için, görünüşte klasik formüle (103.2) benzeyen bir ifadeye yol açar. G, ancak tamamen farklı bir fiziksel içeriğe sahiptir. Burada P - metaldeki iletim elektronlarının konsantrasyonu, b ben Fс Fermi enerjisine sahip bir elektronun ortalama serbest yoludur, b sen F ñ - böyle bir elektronun ortalama termal hareketinin hızı.
Formül (238.1)'e dayanarak elde edilen sonuçlar deneysel verilerle tamamen tutarlıdır. Özellikle metallerin elektriksel iletkenliğine ilişkin kuantum teorisi, spesifik iletkenliğin sıcaklığa bağımlılığını açıklar: G ~ 1/T(klasik teori şunu verir G ~1/) ve ayrıca metaldeki elektronların ortalama serbest yolunun anormal derecede büyük değerleri (yüzlerce kafes periyodu düzeyinde).
17. Katıların ısı kapasitesi. Katı bir cismin bir modeli olarak, maddi noktalar olarak alınan parçacıkların (atomlar, iyonlar, moleküller) düğümlerinde denge konumları (kafes düğümleri) etrafında karşılıklı üç dik yönde salındığı, doğru şekilde oluşturulmuş bir kristal kafesi ele alalım. . Böylece, kristal kafesi oluşturan her parçacığa üç titreşim serbestlik derecesi atanır; bunların her biri, enerjinin serbestlik dereceleri arasında eşit dağılımı yasasına göre, enerjiye sahiptir. kT.
Bir mol katının iç enerjisi
Nerede N A - Avogadro sabiti; N A k= R (R - molar gaz sabiti). Bir katının molar ısı kapasitesi
yani molar (atomik) ısı kapasitesi kimyasal olarak basit cisimler kristal halinde
Isı kapasitesi sıcaklığı 1°C değiştirmek için tüketilen ısı miktarıdır. Daha kesin bir tanıma göre, ısı kapasitesi- aşağıdaki ifadeyle belirlenen termodinamik miktar:
nerede Δ Q- Sisteme verilen ve sıcaklığının Delta T kadar değişmesine neden olan ısı miktarı; Sonlu fark oranı Δ Q/ΔТ ortalama olarak adlandırılır ısı kapasitesi, sonsuz küçük miktarların oranı d Q/dT- doğru ısı kapasitesi. d'den beri Q durum fonksiyonunun tam bir diferansiyeli değilse, o zaman ısı kapasitesi sistemin iki durumu arasındaki geçiş yoluna bağlıdır. Ayırt etmek ısı kapasitesi bir bütün olarak sistem (J/K), spesifik ısı kapasitesi[J/(g K)], molar ısı kapasitesi[J/(mol K)]. Aşağıdaki tüm formüllerde molar miktarlar kullanılır ısı kapasitesi.
16. Bir parçacık sisteminin dejenerasyonu.
Kuantum mekaniğindeki yozlaşma, belirli bir miktarın F Fiziksel bir sistemi (atom, molekül vb.) tanımlayan ifade, sistemin farklı durumları için aynı anlama gelir. Aynı değere karşılık gelen bu tür farklı durumların sayısı F, belirli bir miktarın V. katı olarak adlandırılır. DEJENERASYON kuantum teorisi - çeşitli varlığı. Belirli fiziksel durumların bulunduğu bir kuantum sisteminin durumları. büyüklük A aynı değerleri alır. Böyle bir değere karşılık gelen operatör, bir özfonksiyona karşılık gelen bir dizi doğrusal bağımsız özfonksiyona sahiptir. Anlam A. Sayı İLE isminde uygun olanın yozlaşmasının çokluğu. değerler A sonlu veya sonsuz olabilir; k ayrık veya sürekli bir değer dizisi alabilir. Sonsuz çoklukla (sürekli güçler) yozlaşmıştır, örneğin tam. serbest parçacık enerji operatörünün olası tüm momentum yönlerinde değerleri 
(T ve - parçacığın kütlesi ve enerjisi).
15. Parçacık özdeşliği ilkesi. Fermiyonlar ve bozonlar. Bozonlar ve fermiyonlar için dağılım fonksiyonları.
Fermiyonlar ve bozonlar. Bozonlar ve fermiyonlar için dağılım fonksiyonları. Bozon(fizikçi Bose'un soyadından) - tamsayı spin değerine sahip bir parçacık. Terim fizikçi Paul Dirac tarafından icat edildi. Bozonlar, fermiyonların aksine, sınırsız sayıda özdeş parçacığın tek bir kuantum durumunda var olmasına izin veren Bose-Einstein istatistiklerine uyar. Birçok bozondan oluşan sistemler, parçacık permütasyonlarına göre simetrik olan dalga fonksiyonlarıyla tanımlanır. Temel ve bileşik bozonlar vardır.
Temel bozonlar, Standart Modelde temel fermiyonların (leptonlar ve kuarklar) etkileşiminin gerçekleştirildiği ayar alanlarının kuantumlarıdır. Bu ayar bozonları şunları içerir:
foton (elektromanyetik etkileşim),
gluon (güçlü etkileşim)
W ± ve Z bozonları (zayıf etkileşim).
Fermiyon- yarım tamsayı spin değerine sahip bir parçacık (veya yarı parçacık).
Adlarını fizikçi Enrico Fermi'nin onuruna aldılar.
Fermiyonlar Fermi-Dirac istatistiklerine uyar: bir kuantum durumunda birden fazla parçacık bulunamaz (Pauli ilkesi). Pauli dışlama ilkesi, atomların elektron kabuklarının stabilitesinden sorumludur ve karmaşık kimyasal elementlerin varlığını mümkün kılar. Aynı zamanda yüksek basınç altında dejenere maddenin (nötron yıldızları) varlığına da izin verir. Aynı fermiyonlardan oluşan bir sistemin dalga fonksiyonu, herhangi iki fermiyonun permütasyonuna göre antisimetriktir. A Tek sayıda fermiyon içeren bir kuantum sisteminin kendisi bir fermiyondur (örneğin, kütle numarası tek olan bir çekirdek). A;
tek toplamlı atom veya iyon
ve elektron sayısı).
Fermiyonlar ve bozonlar için dağılım fonksiyonları, belirli bir L kuantum durumunda bulunan tüm parçacıkların kümesini bir alt sistem olarak seçerek büyük bir kanonik topluluk çerçevesinde kolayca elde edilebilir. Sistemin bu durumdaki enerjisi = termodinamik potansiyel şu şekildedir
pl = -APpE exp[(ts-el)^A/(AG)]
Fermiyonlar için = 0, 1; Bu yüzden
PL = -kT In ] . (3.1)
N^ = 0, 1, 2, ... bozonları için sonsuz bir geometrik ilerlemenin toplamını bularak şunu elde ederiz:< 0 Средние числа заполнения (или функции распределения) получаются с помощью термодинамического равенства
<"А>fy = W In ] .
(3.2)
ve c
- f(ex) = Dolayısıyla (3.1) ve (3.2)'yi kullanarak şunu elde ederiz:
KeA> = exp[(eA-fi)/(H")riT- (3-3>
Artı işareti fermiyonları, eksi işareti ise bozonları ifade eder. Kimyasal potansiyel /1, dağılım fonksiyonlarının normalleştirilmesi koşulundan belirlenir:
$expL(eA-»i)V)J + 1 = N" (3"4)
burada N, sistemdeki toplam parçacık sayısıdır. p(e) durumlarının yoğunluğunu dahil ederek eşitliği (3.4) şu şekilde yeniden yazabiliriz:
N = Jde р(е) f(e). (3.5)
Maddenin bileşimini inceleyen bilim adamları, tüm maddenin moleküllerden ve atomlardan oluştuğu sonucuna vardılar. Uzun bir süre boyunca atom (Yunancadan "bölünmez" olarak çevrilmiştir) maddenin en küçük yapısal birimi olarak kabul edildi. Ancak daha ileri araştırmalar atomun karmaşık bir yapıya sahip olduğunu ve dolayısıyla daha küçük parçacıklar içerdiğini gösterdi.
Bir atom nelerden oluşur?
Modern fikirlere göre çekirdek, Rutherford'un önerdiği gezegen modeline karşılık geliyor. Çekirdek atom kütlesinin çoğunu taşır. Aynı zamanda pozitif bir yükü var. Atom çekirdeği, protonları (pozitif yüklü parçacıklar) ve nötronları (yük taşımayan parçacıklar) içerir. Proton ve nötronlara nükleon denir. Negatif yüklü parçacıklar (elektronlar) çekirdeğin etrafındaki yörüngede hareket eder.
Çekirdekteki protonların sayısı yörüngede hareket edenlerin sayısına eşittir. Dolayısıyla atomun kendisi yük taşımayan bir parçacıktır. Bir atom başkalarından elektron alırsa veya kendisininkini kaybederse pozitif veya negatif olur ve iyon olarak adlandırılır.
Elektronlar, protonlar ve nötronlar toplu olarak atom altı parçacıklar olarak adlandırılır.
Atom çekirdeğinin yükü
Çekirdeğin yük numarası Z'dir. Atom çekirdeğini oluşturan proton sayısına göre belirlenir. Bu miktarı bulmak kolaydır: Mendeleev'in periyodik tablosuna bakmanız yeterlidir. Atomun ait olduğu elementin atom numarası, çekirdekteki proton sayısına eşittir. Dolayısıyla oksijen kimyasal elementinin atom numarası 8 ise proton sayısı da sekiz olacaktır. Bir atomda proton ve elektron sayıları aynı olduğundan sekiz elektron da olacaktır.
Nötronların sayısına izotop numarası denir ve N harfiyle gösterilir. Sayıları aynı kimyasal elementin atomunda değişebilir.
Çekirdekteki proton ve elektronların toplamına atomun kütle numarası denir ve A harfiyle gösterilir. Böylece kütle numarasını hesaplama formülü şu şekilde görünür: A = Z + N.
İzotoplar
Elementlerin proton ve elektron sayıları eşit fakat nötron sayıları farklı olduğunda bunlara kimyasal elementin izotopları denir. Bir veya daha fazla izotop olabilir. Periyodik tablonun aynı hücresine yerleştirilirler.
İzotoplar kimya ve fizikte büyük öneme sahiptir. Örneğin, hidrojen izotopu - döteryum - oksijenle kombinasyon halinde, ağır su adı verilen tamamen yeni bir madde verir. Normalden farklı bir kaynama ve donma noktasına sahiptir. Ve döteryumun başka bir hidrojen izotopu olan trityum ile birleşimi termonükleer füzyon reaksiyonuna yol açar ve çok büyük miktarlarda enerji üretmek için kullanılabilir.
Çekirdeğin ve atom altı parçacıkların kütlesi
Atomların büyüklüğü ve kütlesi insan algısında ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Çekirdeklerin boyutu yaklaşık 10-12 cm'dir. Bir atom çekirdeğinin kütlesi, fizikte atomik kütle birimleri - amu olarak ölçülür.
Bir amu için bir karbon atomunun kütlesinin on ikide birini alın. Bilinen ölçü birimleri (kilogram ve gram) kullanılarak kütle aşağıdaki denklemle ifade edilebilir: 1 amu. = 1,660540·10 -24 g Bu şekilde ifade edilirse mutlak atom kütlesi denir.
Atom çekirdeği bir atomun en büyük bileşeni olmasına rağmen, kendisini çevreleyen elektron bulutuna göre boyutu son derece küçüktür.
Nükleer kuvvetler
Atom çekirdekleri son derece kararlıdır. Bu, protonların ve nötronların çekirdekte bir miktar kuvvet tarafından tutulduğu anlamına gelir. Protonlar benzer yüklü parçacıklar olduğundan bunlar elektromanyetik kuvvet olamaz ve aynı yüke sahip parçacıkların birbirini ittiği de bilinmektedir. Yerçekimi kuvvetleri nükleonları bir arada tutamayacak kadar zayıftır. Sonuç olarak parçacıklar çekirdekte başka bir etkileşimle (nükleer kuvvetler) tutulur.
Nükleer kuvvet, doğada var olanların en güçlüsü olarak kabul edilir. Bu nedenle atom çekirdeğinin elemanları arasındaki bu tür etkileşime güçlü denir. Tıpkı elektromanyetik kuvvetler gibi birçok temel parçacıkta mevcuttur.
Nükleer kuvvetlerin özellikleri
- Kısa aksiyon. Nükleer kuvvetler, elektromanyetik olanlardan farklı olarak, yalnızca çekirdeğin boyutuyla karşılaştırılabilecek çok küçük mesafelerde ortaya çıkar.
- Şarj bağımsızlığı. Bu özellik, nükleer kuvvetlerin proton ve nötronlara eşit şekilde etki etmesiyle ortaya çıkar.
- Doygunluk. Çekirdeğin nükleonları yalnızca belirli sayıda diğer nükleonlarla etkileşime girer.
Nükleer bağlanma enerjisi
Güçlü etkileşim kavramıyla yakından ilgili olan bir diğer konu da çekirdeklerin bağlanma enerjisidir. Nükleer bağ enerjisi, bir atom çekirdeğini kendisini oluşturan nükleonlara bölmek için gereken enerji miktarını ifade eder. Bireysel parçacıklardan bir çekirdek oluşturmak için gereken enerjiye eşittir.
Bir çekirdeğin bağlanma enerjisini hesaplamak için atom altı parçacıkların kütlesini bilmek gerekir. Hesaplamalar, bir çekirdeğin kütlesinin her zaman onu oluşturan nükleonların toplamından daha az olduğunu göstermektedir. Kütle kusuru, bir çekirdeğin kütlesi ile proton ve elektronlarının toplamı arasındaki farktır. Kütle ve enerji arasındaki ilişki (E = mc 2) kullanılarak çekirdeğin oluşumu sırasında üretilen enerji hesaplanabilir.
Bir çekirdeğin bağlanma enerjisinin gücü aşağıdaki örnekle değerlendirilebilir: Birkaç gram helyumun oluşumu, birkaç ton kömürün yanmasıyla aynı miktarda enerji üretir.
Nükleer reaksiyonlar
Atom çekirdekleri diğer atomların çekirdekleriyle etkileşime girebilir. Bu tür etkileşimlere nükleer reaksiyonlar denir. İki tür reaksiyon vardır.
- Fisyon reaksiyonları. Daha ağır çekirdeklerin etkileşim sonucunda daha hafif olanlara bozunması sonucu ortaya çıkarlar.
- Sentez reaksiyonları. Fisyonun ters süreci: çekirdekler çarpışır, böylece daha ağır elementler oluşur.
Tüm nükleer reaksiyonlara, daha sonra sanayide, askeriyede, enerji sektöründe vb. kullanılan enerjinin salınması eşlik eder.
Atom çekirdeğinin bileşimine aşina olduktan sonra aşağıdaki sonuçları çıkarabiliriz.
- Bir atom, proton ve nötronlardan oluşan bir çekirdek ve etrafındaki elektronlardan oluşur.
- Bir atomun kütle numarası çekirdeğindeki nükleonların toplamına eşittir.
- Nükleonlar güçlü etkileşimlerle bir arada tutulur.
- Atom çekirdeğine stabilite kazandıran muazzam kuvvetlere nükleer bağlanma enerjileri denir.