82. Дефект маси ядра. Ядерна енергія.

Дефе́кт ма́си — різниця між масою спокою атомного ядра даного ізотопу, вираженої в атомних одиницях маси, і сумою мас спокою складових його нуклонів (масовим числом). Позначається Δm.

Згідно із формулою Ейнштейна дефект маси і енергія зв'язку нуклонів в ядрі еквівалентні:

ΔE = Δmc2

де с — швидкість світла у вакуумі.

Дефект маси характеризує стійкість ядра.

Дефект маси виникає внаслідок притягання між нуклонами у ядрі завдяки сильній взаємодії. Він найбільший для ядер у середині періодичної таблиці (як видно з наведеного рисунка) та зменшується при збільшенні атомного номера елемента. Завдяки цьому поділу важких елементів, наприклад, урану або плутонію, вивільняється енергія. З другого боку, як видно з рисунка, енергію можна отримати також при утворенні ядра гелію з ядер водню. Такий процес називається ядерним синтезом. Він є джерелом енергії зірок.

Я́дерна ене́ргія (атомна енергія) — внутрішня енергія атомних ядер, що виділяється при деяких ядерних перетвореннях.

Використання ядерної енергії засновано на здійсненні ланцюгових реакцій розподілу важких ядер і реакцій термоядерного синтезу легких ядер.

Атомна енергія — енергія, що виділяється під час перетворень атомних ядер. Перетворення ці можуть відбуватися спонтанно (див. Радіоактивність) або від діяння нейтронів і прискорених заряджених частинок (див. Ядерні реакції). Ця енергія в мільйони разів перевищує хімічну енергію, напр. при горінні.

Атомна енергія зумовлюється ядерними силами, які діють між нуклонами, тобто нейтронами, і протонами.

Енергія зв'язку, яка припадає на 1 нуклон, неоднакова для різних ядер. Вона найбільша для ядер середньої ваги (8,6 МеВ); для найважчих ядер — бл. 7,5 МеВ; для легких ядер вона змінюється від 1,1 МеВ (дейтерій) до 7,0 МеВ (4He). Перетворення ядер з меншою енергією зв'язку, яка припадає на 1 нуклон, в ядра з більшою енергією зв'язку супроводиться виділенням енергії. Наприклад, якщо поділити ядро з атомна маса А = 200 і середньою енергією зв'язку нуклонів 7,5 МеВ на два ядра з середньою енергією 8,6 МеВ, то при цьому виділиться енергія Е = 200 X(8,6—7,5) = 220 МеВ. Якщо утворити ядро гелію з двох ядер дейтерію, то виділиться енергія Е = 4 (7—2·1,1) = 23,6 МеВ.

Для одержання атомної енергії можна користуватися ядерними реакціями поділу і ядерними реакціями синтезу. Реакції синтезу можуть відбуватися тільки тоді, коли ядра наближаються одне до одного на відстань, меншу за 10-13 см, на якій починають діяти ядерні сили. Зближенню ядер протидіють кулонівські сили відштовхування; тому, щоб ці сили подолати, ядра повинні мати достатню енергію. Одержання вільних нейтронів і прискорення руху заряджених частинок вимагає витрати енергії.

83. Теплове випромінювання. Закони теплового випромінювання.

Нагріті тіла випромінюють електромагнітні хвилі. Це випромінювання здійснюється за рахунок перетворення енергії теплового руху частинок тіла в енергію випромінювання.

Електромагнітне випромінювання тіла, що знаходиться в стані термодинамічної рівноваги, називають тепловим (температурним) випромінюванням. Іноді під тепловим випромінюванням розуміють не тільки рівноважний, але також і нерівноважний випромінювання тіл, обумовлене їх нагріванням.

Таке рівноважний випромінювання здійснюється, наприклад, якщо випромінює тіло знаходиться всередині замкнутої порожнини з непрозорими стінками, температура яких дорівнює температурі тіла.

У теплоізольованої системі тіл, що знаходяться при одній і тій же температурі, теплообмін між тілами шляхом випускання і поглинання теплового випромінювання не може призвести до порушення термодинамічної рівноваги системи, тому що це суперечило б, другому початку термодинаміки.

Тому для теплового випромінювання тіл має виконуватися правило Прево: якщо два тіла при одній і тій же температурі поглинають різні кількості енергії, то і їх теплове випромінювання при цій температурі має бути різним.

Випромінювальної (випромінювальної) здатністю або спектральною щільністю енергетичної світності тіла називають величину en, т, чисельно рівну поверхневої щільності потужності теплового випромінювання тіла і інтервалі частот одиничної ширини: де dW - енергії теплового випромінювання з одиниці площі поверхні тіла за одиницю часу в інтервалі частот від v до v + dr.

Закон Кірхгофа - основний закон теплового випромінювання. За К. з. в. відношення випромінювальної здатності ε (ν , т) тіл до їхньої поглинальної здатності α (ν, Т) не залежить від природи випромінюючого тіла і є універсальною функцією частоти ν і три Т: ε (ν, т)/ α (ν, Т) = ε0(ν, Т). Функція ε0 (ν, т) дорівнює випромінювальній здатності абсолютно чорного тіла. К. з. в. дає можливість визначити випромінювальну здатність будь-якого тіла, оскільки його поглинальну здатність можна легко знайти експериментально. Закон відкрив 1859 Г. Р. кірхгоф. Явний вигляд функції ε0 (ν, Т) встановив М. планк (див. планка закон випромінювання).

Закон Стефана-Больцмана дає залежність енергії випромінювання з одиниці площі поверхні в одиницю часу від ефективної температури тіла, що випромінює. Загальна енергія теплового випромінювання визначається як: де F — потужність на одиницю площі поверхні випромінювання, а Вт/(м2·К4) — стала Стефана—Больцмана.

Довжина хвилі, при якій енергія випромінювання максимальна, визначається законом зсуву Віна: де T — температура в кельвінах, а λ_max — довжина хвилі з максимальною інтенсивністю у метрах.

Інтенсивність випромінювання абсолютно чорного тіла залежно від температури й частоти визначається законом Планка: де I(ν)dν — потужність випромінювання на одиницю площі поверхні випромінювання на одиницю тілесного кута у діапазоні частот від ν до ν + dν