Defekt masy Dowiadczenie Francka Hertza Ewa Tylka WPPT

Defekt masy Doświadczenie Francka – Hertza Ewa Tylka WPPT Fizyka Techniczna

Plan prezentacji: Masa spoczynkowa a masa relatywistyczna n Energia w przypadku klasycznym i relatywistycznym n Doświadczenie Francka – Hertza n Wyniki n Podstmowanie n

Masa niezmiennicza ( spoczynkowa ) – wielkość fizyczna charakteryzująca ciało lub układ ciał , która nie zależy od układu odniesienia, a jej wartość jest określona przez energie i pęd zgodnie ze wzorem : Gdzie : - c – prędkość światła - E – energia ciała - – trójpęd ciała Tak zdefiniowana masa m inv jest skalarem lorentzowskim.

Czas własny Czteroprędkość Czteropęd

Masa zależna od prędkości Masa relatywistyczna – wielkość fizyczna charakteryzująca ciało lub układ ciał określona w danym układu odniesienia, której wartość możemy wyznaczyć ze wzoru :

Korzystając z zasady zachowania czteropędu dla każdego UI możemy sformułować definicję energii relatywistycznej : energia E swobodnie poruszającego się ciała o czteropędzie p = ( p , p 4 ) jest równa : => W przypadku relatywistycznym v << c => Energia przyjmie postać : Z punktu widzenia fizyki klasycznej nieistotna stała

Rozważmy sprężyste zderzenie dwóch atomów o masach: m 1 p , m 2 p i prędkościach: v 1 p , v 2 p przed zderzeniem oraz m 1 k , m 2 k i v 1 k , v 2 k po zderzeniu : Jeżeli zderzenie nieralywistyczne : Stąd : Zgodnie z założeniami fizyki klsycznej :

Niech teraz te same atomy zderzą się nierelatywistycznie i niesprężyście : Wówczas Niech A ponieważ całkowita relatywistyczna energia E jest zachowana to : Bardzo mała wielkość

Doświadczenie Francka - Hertza W 1914 r James Franck i Gustaw Hertz przeprowadzili doświadczenie z parami rtęci : atom rtęci 20280 Hg mep = mek Ep = -10, 42 e. V E 1 = -5, 54 e. V Δ THg = - 4, 88 e. V W 1925 roku obaj naukowcy otrzymali nagrodę Nobla.

Image courtesy of Kansas State University

Δ THg = - 4, 88 e. V m Hg- masa wyjściowa atomu rtęci

Defekt masy Deficyt masy - różnica Δm między sumą mas nukleonów wchodzących w skład jądra atomowego, a masą jądra. Iloczyn niedoboru masy i kwadratu prędkości światła w próżni jest równy energii wiązania jądra, ΔE : gdzie: - nuklid zawierający N neutronów i Z protonów (N + Z = A) mp = 1, 00727 - masa protonu mn = 1, 00866 - masa neutronu m. E - masa jądra nuklidu c = 3· 108 m/s - prędkość światła w próżni jednostce masy atomowej (1 u = 1, 66053873(13)· 10 -27 kg) odpowiada energia 931 Me. V.

Energia uwalniana w typowych rakcjiach chemicznych : H 2 + O 2 H 2 O + H 2 O EK – EP ≈ 5 e. V Energia uwalniana w rakcjiach jądrowych : n + 235 U 90 Kr + 143 Ba +n +n +n EK – EP ≈ 200 Me. V ( MP – MK ) / M ≈ 0, 001

Energia a masa spoczynkowa Korzystając ze wzoru na energie : oraz warunku, że czteropęd jest czterowektorem : i odnosząc to do relatywistycznej definicji energii możemy stwierdzić, że również nieporuszające się ciało γ = 1 ma pewną energię :

Energia spoczynkowa a energia kinetyczna Energia kinetyczna :

Ø fuzja jądrowa Ø rozszczepienie jądra atomowego Ø w różnicy pomiędzy masą jądra atomowego a sumą mas nukleonów wchodzących w jego skład (energia wiązania jądra atomowego)

Wszystkie procesy fizyczne oddające energię tracą masę np. : Ø Ø Ø synteza jądrowa - źródło energii gwiazd rozszczepienie jąder atomowych - źródło energii w elektrowniach atomowych i bombach atomowych rozpady promieniotwórcze - jedno ze źródeł energii ogrzewającej ziemię (od wewnątrz) kreacja par - źródło materii we wszechświecie anihilacja promieniowanie elektromagnetyczne (cieplne i widzialne) Słońca. Słońce oddając energię w postaci promieniowania elektromagnetycznego traci masę w tempie: m = L/c² = 4 x 109 kg/s.

Literatura Ø Ø Ø Ø Tajlor J. F. , Mechanika klasyczna, t. 2 http: //pl. wikipedia. org/wiki/Deficyt_masy http: //library. thinkquest. org/19662/high/pol/exp-franckhertz. html http: //library. thinkquest. org/28383/nowe_teksty/html/2_16. ht ml http: //www. ftj. agh. edu. pl/~wolny/Wca 8 cbbf 8 b 3238. htm http: //en. wikipedia. org/wiki/Franck_Hertz_experiment http: //hyperphysics. phy-astr. gsu. edu/hbase/frhz. html http: //dev. physicslab. org/Document. aspx? doctype=3&filenam e=Atomic. Nuclear_Franck. Hertz. Experiment. xml