Постулати Бора

1. Атомна система випромінює енергію, умовно названу En, тільки перебуваючи в квантових станах. В іншому випадку (при знаходженні атома в стаціонарному стані), енергія не виділяється.

В даному випадку під стаціонарним станом розуміється рух електронів по певних орбітах. Незважаючи на фактичну наявність прискореного руху, електромагнітні хвилі не випромінюються, атом володіє лише квантовим значенням енергії.

2. Другий постулат, найчастіше відомий як правило частот, свідчить про те, що перехід атома з одного стану в інше (як правило, з стаціонарного в квантове) супроводжується виділенням або поглинанням енергії. Цей процес здійснюється невеликими порціями – квантами. Їх значення відповідає різниці енергії станів, між якими власне відбувається перехід. Другий постулат дозволяє обчислити за відомим експериментальним значенням енергій стаціонарних станів частоти випромінювання атома водню.

Питання 31: Будова ядра. Дефект маси. Енергія зв’язку атомного ядра

Ядро́ — центральна частина атома, в якій зосереджена основна частина маси атома (понад 99,9 %). Ядро має позитивний заряд, і саме від величини заряду ядра залежить, який хімічний елемент представлений атомом.

У порівнянні з розмірами атома, який визначається радіусом електронних орбіт, розміри ядра надзвичайно малі — 10⁻¹⁵-10⁻¹⁴ м, тобто приблизно у 10-100 тисяч разів менші від розміру самого атома.

Атомне ядро складається з нуклонів — позитивно заряджених протонів та нейтральних нейтронів, близьких за масою та іншими властивостями частинок, які взаємодіють між собою через сильну взаємодію.

Ядро найпростішого атома — атома водню (ізотоп протій) — є одним протоном.

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

Дефект маси характеризує стійкість ядра.

Дефект маси, віднесений до одного нуклона, називається пакувальним множником.

Експериментально виявлено, що для всіх стабільних ядер маса ядра менша від суми мас його нуклонів, узятих окремо. Ця різниця називається дефектом маси або надлишком маси

Згідно з принципом еквівалентності маси і енергії дефект маси еквівалентний роботі, що виконали ядерні сили, щоб зібрати всі нуклони разом при утворенні ядра. Ця величина дорівнює зміні потенційної енергії нуклонів у результаті об'єднання в ядро.

Енергія, еквівалентна дефекту маси, називається енергією зв'язку ядра

Важливим параметром ядра є енергія зв'язку, що припадає на один нуклон ядра, яку можна обчислити, розділивши енергію зв'язку ядра на кількість нуклонів, що містяться в ньому:

Це середня енергія, яку потрібно витратити, щоб забрати з ядра один нуклон, або середня зміна енергії зв'язку ядра, коли вільний протон або нейтрон поглинається ним.

Як видно з малюнка, для малих значень масових чисел питома енергія зв'язку ядер стрімко зростає зі збільшенням маси ядра й сягає максимуму для {\displaystyle A\approx 50\ \div 60} (приблизно 8,8 МеВ). Нукліди з такими масовими числами найстійкіші. Із подальшим зростанням середня енергія зв'язку зменшується, проте в широкому інтервалі масових чисел значення енергії майже стале), з чого випливає, що можна записати Такий характер поведінки середньої енергії зв'язку вказує на властивість ядерних сил досягати насичення, тобто можливість нуклона взаємодіяти лише з обмеженою кількістю «партнерів». Якби ядерні сили не мали властивості насичення, то в межах радіусу дії ядерних сил кожний нуклон взаємодіяв б з усіма іншими, й енергія взаємодії була б пропорційна , а середня енергія зв'язку на один нуклон неухильно зростала б зі зростанням

Загалом залежність енергії зв'язку від масового числа описується формулою Вайцзеккера в краплинній моделі ядра^{[9] [10]}.

Велика енергія зв'язку нуклонів, що входять до ядра, свідчить про існування ядерних сил, оскільки гравітаційні сили занадто малі, щоб подолати взаємне електростатичне відштовхування протонів у ядрі. Зв'язок нуклонів здійснюється силами з надзвичайно малим радіусом дії. Вони виникають внаслідок того, що між нуклонами ядра відбувається безперервний обмін віртуальними частинками — пі-мезонами. Оскільки взаємодія здійснюється через обмін масивними частинками, це пояснює властивість насичення ядерних сил — нуклон може взаємодіяти лише з тими сусідами, до яких може дістатися віртуальна частинка протягом короткого часу свого існування. Ядерні сили залежать від спіну, не залежать від електричного заряду і не є центральними силами