Номер 839, страница 123 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Состав атомного ядра. Ядерные силы. Энергия связи. Деление ядер урана - номер 839, страница 123.

Условие.

839. В ядерной физике говорят о дефекте массы при образовании ядер атомов. Не противоречит ли это закону сохранения массы вещества? Почему?

Решение.

Явление дефекта масс не противоречит фундаментальным законам физики, однако оно уточняет и обобщает классический закон сохранения массы вещества, который справедлив для химических реакций, но не для ядерных.

Почему?

Классический закон сохранения массы гласит, что масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. Этот закон выполняется с высокой точностью в химии, поскольку энергетические изменения в ходе химических реакций малы, и соответствующие им изменения массы ($\Delta m = \Delta E / c^2$) ничтожно малы и практически не могут быть измерены.

В ядерной физике ситуация иная. Дефект массы, $\Delta m$, представляет собой разность между суммарной массой отдельных протонов и нейтронов (нуклонов), составляющих ядро, и реальной массой самого ядра. Оказывается, что масса ядра всегда меньше суммы масс его составляющих:

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

где $Z$ — число протонов, $N$ — число нейтронов, $m_p$ — масса протона, $m_n$ — масса нейтрона, а $M_{я}$ — масса ядра.

Это «исчезновение» части массы объясняется принципом эквивалентности массы и энергии, установленным Альбертом Эйнштейном:

$E = mc^2$

где $E$ — энергия, $m$ — масса, а $c$ — скорость света в вакууме. Этот принцип означает, что масса является одной из форм энергии. При образовании атомного ядра из отдельных нуклонов выделяется огромное количество энергии, называемой энергией связи ядра. Эта энергия выделяется за счет уменьшения массы системы. Дефект массы $\Delta m$ как раз и является эквивалентом энергии связи $E_{св}$:

$E_{св} = \Delta m c^2$

Таким образом, масса не исчезает бесследно, а переходит в другую форму — в энергию, которая излучается (например, в виде гамма-квантов) или передается другим частицам. Вместо закона сохранения массы в ядерной физике используется более общий закон сохранения энергии (или, точнее, закон сохранения массы-энергии), который утверждает, что полная энергия замкнутой системы, включающая в себя и энергию покоя (массу), остается постоянной. Сумма масс и энергий до реакции равна сумме масс и энергий после реакции.

Ответ: Дефект массы не противоречит закону сохранения, а является его проявлением в рамках современной физики. Он демонстрирует взаимосвязь массы и энергии ($E = mc^2$) и указывает на то, что в ядерных реакциях следует применять более общий закон сохранения энергии (массы-энергии), а не классический закон сохранения массы вещества, который является частным случаем, применимым для процессов с малыми изменениями энергии (например, химических реакций).