ШТА ЈЕ ЕНЕРГИЈА ВЕЗИВАЊА?

Send

Јесте ли икад погледали комад огревног дрвета и рекли себи: "Боже, питам се колико би енергије требало да се та ствар раздвоји"? Шансе су да, немаш, мало људи то ради. Али, за физичаре је питање колико енергије потребно да се нешто одвоји на његове комадиће заправо прилично важно питање.

У области физике, то је оно што се назива везивна енергија, или количина механичке енергије која би јој била потребна да се атом растави на његове посебне делове. Овај концепт научници користе на многим различитим нивоима, што укључује атомски ниво, нуклеарни ниво, те астрофизику и хемију.

Нуклеарна сила:

Као што свако ко се сећа њихове основне хемије или физике сигурно зна, атоми су сачињени од субатомских честица познатих као нуклеони. Они се састоје од позитивно набијених честица (протона) и неутралних честица (неутрона) које су распоређене у центру (у језгру). Они су окружени електронима који орбитирају језгром и распоређени су у различитим нивоима енергије.

Разлог због којег су субатомске честице са фундаментално различитим набојима способне да постоје тако близу један другоме је због постојања Јаке нуклеарне силе - темељне силе универзума која омогућава привлачење субатомских честица на кратким удаљеностима. Управо та сила супротставља одбојну силу (познату као Куломова сила) која узрокује да се честице одбијају једна о другој.

Стога, сваки покушај да се језгро подели на исти број слободних невезаних неутрона и протона - тако да су довољно удаљени / удаљени један од другог да јака нуклеарна сила више не може да изазове интеракцију честица - захтеваће довољно енергије да се разбије ове нуклеарне везе.

Стога, енергија везивања није само количина енергије која је потребна да би се прекинуле снажне везе нуклеарне силе, већ је и мјера снаге веза које нуклеон држи заједно.

Нуклеарна фисија и фузија:

Да би се одвојиле нуклеони, у језгро се мора снабдевати енергијом, што се обично постиже бомбардовањем језгра честицама високе енергије. У случају бомбардовања тешких атомских језгара (попут атома урана или плутонијума) протонима, ово је познато под називом нуклеарна фисија.

Међутим, енергија везивања такође игра улогу у нуклеарној фузији, где се лагана језгра (као што су атоми водоника) везују заједно у високоенергетским стањима. Ако је енергија везивања за производе већа када се лагана језгра стапају или када се тешка језгра раздвоје, један од ових процеса ће резултирати ослобађањем „додатне“ енергије везивања. Ову енергију називамо нуклеарном енергијом, или слабо, нуклеарном енергијом.

Примећено је да је маса било којег нуклеуса увек мања од масе маса појединих саставних нуклеона који га чине. "Губитак" масе који настаје када се нуклеони раздвоје у мање језгро или се споје у веће језгро, такође се приписује енергији везивања. Та нестала маса се током процеса може изгубити у облику топлоте или светлости.

Једном када се систем охлади на нормалне температуре и врати се у основна стања у погледу нивоа енергије, у систему остаје мање масе. У том случају уклоњена топлота представља тачно „дефицит“ масе, а сама топлота задржава изгубљену масу (са становишта иницијалног система). Ова маса се појављује у било ком другом систему који апсорбује топлоту и добија топлотну енергију.

Врсте енергије везивања:

Строго гледано, постоји неколико различитих врста енергије везивања која се заснива на посебном пољу проучавања. Када је у питању физика честица, енергија везивања односи се на енергију коју атом добија из електромагнетне интеракције, а такође је потребна количина енергије која је потребна да се атом растави на слободна нуклеона.

У случају уклањања електрона из атома, молекула или јона, потребна енергија је позната као „енергија везивања електрона“ (ака. Јонизациони потенцијал). Генерално, енергија везивања једног протона или неутрона у језгру је око милион пута већа од енергије везивања једног електрона у атому.

У астрофизици научници употребљавају термин "гравитациона енергија везивања" да би се односила на количину енергије која би била потребна да се раздвоји (до бесконачности) објекат који заједно држи гравитација - тј. Било који звјездани објект попут звијезде, планете или комета. Такође се односи на количину енергије која се ослобађа (обично у облику топлоте) током накупљања таквог предмета од материјала који пада из бесконачности.

Коначно, постоји оно што је познато као "веза" енергија, што је мерило чврстоће везе у хемијским везама, а уједно је и количина енергије (топлоте) која би била потребна да се хемијско једињење разгради у своје саставне атоме. У основи, енергија везивања је нешто што повезује наш Универзум заједно. А када се разни делови разграде, количина енергије потребна за његово спровођење.

Студија енергије везивања има бројне примене, од којих нису најмање битне нуклеарна енергија, производња електричне енергије и хемикалије. И у наредним годинама и деценијама биће кључно у развоју нуклеарне фузије!

Написали смо много чланака о везивању енергије за Спаце Магазине. Ево шта је Боров Атомски модел ?, Шта је Атомски модел Јохна Далтона ?, Шта је Атомски модел Пудинга од шљиве ?, Шта је Атомска маса ?, И Нуклеарна Фузија у звездама.

Ако желите више информација о везивању енергије, погледајте чланак Хиперфизика о енергији везивања нуклеарне енергије.

Такође смо снимили читаву епизоду Астрономске глуме о важним бројевима у свемиру. Слушајте овде, епизода 45: Важни бројеви у свемиру.

Извори: