Номер 10, страница 20, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

10. Как вы думаете, больше ли масса атома суммы масс протонов, нейтронов и электронов?

Масса атома меньше суммы масс составляющих его свободных протонов, нейтронов и электронов. Это явление известно как дефект массы.

Согласно специальной теории относительности, масса и энергия взаимосвязаны знаменитым уравнением Эйнштейна $E = mc^2$, где $\text{E}$ – энергия, $\text{m}$ – масса, а $\text{c}$ – скорость света в вакууме. Это означает, что изменение энергии системы приводит к изменению ее массы.

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов (нуклонов), удерживаемых вместе мощными ядерными силами. При образовании ядра из отдельных нуклонов выделяется огромное количество энергии. Эта энергия называется энергией связи ядра. Поскольку система (ядро) теряет энергию при своем образовании, ее масса также уменьшается.

Таким образом, масса ядра всегда меньше, чем сумма масс его отдельных протонов и нейтронов, если бы они находились в свободном состоянии. Разница масс ($\Delta m$) и есть дефект массы:

$\Delta m = (Z \cdot m_p + N \cdot m_n) - m_{ядра}$

где $\text{Z}$ – число протонов, $\text{N}$ – число нейтронов, $m_p$ – масса свободного протона, $m_n$ – масса свободного нейтрона, а $m_{ядра}$ – масса ядра.

Энергия связи ядра вычисляется как $E_{связи} = \Delta m \cdot c^2$.

Аналогичный, но значительно меньший по величине эффект наблюдается и для электронов, связанных с ядром. Присоединение электронов к ядру также сопровождается выделением энергии (энергии ионизации), что вносит очень малый вклад в общий дефект массы атома.

В итоге, общая масса стабильного атома всегда оказывается меньше, чем сумма масс всех частиц (протонов, нейтронов и электронов), из которых он состоит.

Ответ: Масса атома меньше суммы масс составляющих его протонов, нейтронов и электронов из-за выделения энергии связи при образовании атомного ядра (и, в меньшей степени, при присоединении электронов), что согласно уравнению $E=mc^2$ приводит к уменьшению общей массы системы.