8. Определите энергию связи ядра изотопа дейтерия ⁱH (тяжелого водорода). Масса протона приблизительно 1,0073 а.е.м., нейтрона 1,0087 а.е.м., ядра дейтерия 2,0141 а.е.м., 1 а.е.м. = 1,66 · 10-27 кг, а скорость света = 3 · 108 м/с.
Решение:
- Определим дефект масс (Δm). Ядро дейтерия (ⁱH) состоит из одного протона и одного нейтрона.
- Масса протона (mp) = 1,0073 а.е.м.
- Масса нейтрона (mn) = 1,0087 а.е.м.
- Суммарная масса нуклонов = mp + mn = 1,0073 + 1,0087 = 2,0160 а.е.м.
- Масса ядра дейтерия (md) = 2,0141 а.е.м.
- Дефект масс (Δm) = (Суммарная масса нуклонов) - (Масса ядра дейтерия)
- Δm = 2,0160 - 2,0141 = 0,0019 а.е.м.
- Переведем дефект масс в килограммы.
- 1 а.е.м. = 1,66 · 10-27 кг
- Δm (в кг) = 0,0019 · 1,66 · 10-27 кг ≈ 3,154 · 10-30 кг
- Рассчитаем энергию связи (E) по формуле Эйнштейна E = Δm c2.
- c = 3 · 108 м/с
- E = (3,154 · 10-30 кг) · (3 · 108 м/с)2
- E = (3,154 · 10-30) · (9 · 1016) Дж
- E ≈ 28,386 · 10-14 Дж ≈ 2,84 · 10-13 Дж
Ответ: Энергия связи ядра дейтерия составляет примерно 2,84 · 10-13 Дж.