Номер 6, страница 116 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

6. Может ли выход ядерной реакции иметь отрицательное значение?

Решение

Да, выход ядерной реакции может иметь отрицательное значение. Энергетический выход ядерной реакции, обозначаемый как $\text{Q}$, определяется как разность между суммарной энергией покоя исходных частиц и суммарной энергией покоя продуктов реакции.

Согласно знаменитой формуле Эйнштейна, связывающей массу и энергию, $E = mc^2$, энергетический выход можно выразить через разность масс (так называемый дефект массы $\Delta m$):

$Q = \Delta E = \Delta m \cdot c^2 = ((\sum m_{i}) - (\sum m_{f})) \cdot c^2$,

где $\sum m_{i}$ — это сумма масс всех частиц до реакции (начальных), а $\sum m_{f}$ — это сумма масс всех частиц после реакции (конечных), $\text{c}$ — скорость света в вакууме.

Возможны два основных случая:

1. Экзоэнергетическая реакция: Если масса исходных частиц больше массы продуктов реакции $(\sum m_{i} > \sum m_{f})$, то дефект массы $\Delta m$ положителен, и энергетический выход $Q > 0$. В этом случае реакция протекает с выделением энергии. Энергия выделяется в виде кинетической энергии продуктов реакции и/или гамма-квантов. Примерами являются реакции деления тяжелых ядер и синтеза легких ядер.

2. Эндоэнергетическая реакция: Если масса исходных частиц меньше массы продуктов реакции $(\sum m_{i} < \sum m_{f})$, то дефект массы $\Delta m$ отрицателен, и энергетический выход $Q < 0$. Это означает, что для протекания реакции необходимо затратить энергию извне. Эта энергия, обычно в виде кинетической энергии сталкивающихся частиц, "поглощается" и идет на создание дополнительной массы продуктов. Такие реакции не могут происходить самопроизвольно и требуют, чтобы налетающая частица имела кинетическую энергию, превышающую определенное пороговое значение, равное по модулю $|Q|$.

Таким образом, отрицательное значение выхода ядерной реакции означает, что реакция идет с поглощением энергии.

Ответ: Да, выход ядерной реакции может иметь отрицательное значение. Это происходит в так называемых эндоэнергетических реакциях, которые протекают с поглощением энергии. В таких реакциях суммарная масса продуктов реакции оказывается больше суммарной массы исходных частиц, и для их осуществления требуется сообщить системе энергию извне.