Μέσω της ακριβούς μέτρησης, βρέθηκε ότι η μάζα ενός συγκεκριμένου ατόμου είναι πάντα λίγο μικρότερη από το άθροισμα των μαζών των επιμέρους νετρονίων, πρωτονίων και ηλεκτρονίων από τα οποία αποτελείται το άτομο. Αφαιρώντας το άθροισμα των συστατικών του ατόμου μάζας από τη μάζα του, παίρνουμε ένα ελάττωμα μάζας (Δ m). Θα μάθουμε για το θέμα με αυτό το υλικό μελέτης σημειώσεις για μαζικά ελαττώματα.

Σχέση μάζας-ενέργειας 

Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν απέδειξε αρχικά τη σχέση μάζας-ενέργειας. Έβαλε την εξίσωση 

E =mc2. Αυτή η εξίσωση παρέχει τη σχέση μεταξύ της μάζας και της ενέργειας του συστήματος.

Αυτή η σχέση απεικονίζει επίσης ότι το αντικείμενο σε ακίνητη κατάσταση έχει ενέργεια. Η ενέργεια έχει τη μορφή δυναμικής ενέργειας και, σε ορισμένες περιπτώσεις, χημικής και θερμικής ενέργειας.

Υπάρχει η ποικίλη σημασία των σχέσεων μάζας-ενέργειας. Οι πιο σημαντικές είναι στον τομέα της πυρηνικής σχάσης και σύντηξης. Η σχέση μάζας-ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρεθεί η πυρηνική δεσμευτική ενέργεια.

Ενέργεια δέσμευσης

Η ενέργεια δέσμευσης είναι η ενέργεια που απαιτείται για τη διαίρεση του πυρήνα των ατόμων στα μέρη του. Αυτή η ενέργεια είναι ίση με την ενέργεια που συγκρατεί τα σωματίδια μαζί.

Από την ενέργεια δέσμευσης, διαπιστώθηκε ότι υπάρχει σημαντική διαφορά μεταξύ της πραγματικής μάζας και της αναμενόμενης μάζας. Είναι επειδή η μάζα του πυρήνα είναι πάντα μικρότερη από τις ξεχωριστές μάζες πρωτονίων και νετρονίων. Συμβαίνει καθώς χάνεται πάντα ενέργεια κατά τον σχηματισμό του πυρήνα.

Μαζικό ελάττωμα

Όταν σχηματίζεται ο πυρήνας, χάνεται κάποια ενέργεια, η οποία έχει μάζα. Αυτή η μάζα είναι γνωστή ως μαζικό ελάττωμα. Το ελάττωμα μάζας σημαίνει ότι η πραγματική μάζα του πυρήνα δεν είναι ίση με τη μάζα των πρωτονίων και των νετρονίων. Το ελάττωμα μάζας μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας μια εξίσωση.

Κατά τον υπολογισμό του ελαττώματος μάζας, είναι ζωτικής σημασίας να χρησιμοποιηθούν ακριβείς μετρήσεις μάζας. Υπάρχει μόνο μια μικρή διαφορά μεταξύ της μάζας του ατόμου και των μερών του. Η στρογγυλοποίηση των μαζών των ατόμων και των σωματιδίων σε τρία ή τέσσερα σημαντικά ψηφία πριν από τον υπολογισμό θα έχει ως αποτέλεσμα ένα υπολογισμένο ελάττωμα μάζας μηδέν.

Πυρηνική δεσμευτική ενέργεια

Το ελάττωμα μάζας μπορεί να υπολογίσει την πυρηνική δεσμευτική ενέργεια. Η μάζα μετατρέπεται σε ενέργεια χρησιμοποιώντας τον τύπο: 

Η ενέργεια πυρηνικής δέσμευσης χρησιμοποιείται για να καθοριστεί εάν θα πραγματοποιηθεί σχάση ή σύντηξη του πυρήνα. Για σταθερούς πυρήνες, η τιμή της δεσμευτικής ενέργειας είναι θετική. Όταν ο πυρήνας αποτελείται από περισσότερα από ένα νουκλεόνια, η ενεργειακή του σύνθεση ονομάζεται επίσης ενέργεια πυρηνικής δέσμευσης.

Η πυρηνική δεσμευτική ενέργεια απελευθερώνεται τη στιγμή τριών εξώθερμων διεργασιών όπως:

• Η ραδιενεργή διάσπαση είναι όταν τα νετρόνια ή τα πρωτόνια διασπώνται εκπέμποντας ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ή ακτίνες γάμμα.
• Η σύντηξη είναι η διαδικασία σύντηξης δύο ατομικών πυρήνων για τη δημιουργία βαρύτερων πυρήνων.
• Η σχάση είναι η διαδικασία διαχωρισμού ενός πυρήνα σε δύο ελαφρύτερους πυρήνες.

Συμπέρασμα 

Η ενέργεια δέσμευσης απαιτείται για τη διάσπαση του πυρήνα στα σωματίδια του, όπως τα νετρόνια και τα πρωτόνια. Ωστόσο, έχει βρεθεί ότι η μάζα του πυρήνα δεν είναι ποτέ ίση με το άθροισμα των μαζών των νετρονίων και των πρωτονίων. Αυτό συμβαίνει επειδή η ενέργεια χάνεται πάντα κατά τον σχηματισμό του πυρήνα και έχει μάζα.

 

Έτσι, η μάζα που χάνεται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης είναι γνωστή ως ελάττωμα μάζας. Αυτή η μάζα στη συνέχεια μετατρέπεται σε ενέργεια χρησιμοποιώντας τη σχέση μάζας-ενέργειας. Μπορούμε να υπολογίσουμε το ελάττωμα μάζας χρησιμοποιώντας τον τύπο που παρέχεται σε αυτό το υλικό μελέτης σημειώσεις για το ελάττωμα μάζας.