Kiến thức về hạt nhân nguyên tử – Vật lý 12
Hạt nhân nguyên tử là phân môn tương đối quan trọng và thường xuyên xuất hiện trong cấu trúc đề thi tốt nghiệp THCS môn Vật lý những năm gần đây và các câu hỏi của phân môn này ở 3 mức độ: Nhận biết (2 câu), thông hiểu (2 câu) và vận dụng ( 1 câu). Do tầm quan trọng của môn học này, ACC GROUP sẽ tổng hợp và chia sẻ tất cả những kiến thức về môn học này nhằm hỗ trợ các bạn trong quá trình học tập để ôn thi lấy bằng tốt nghiệp THPT môn Vật lý một cách nhanh chóng và hiệu quả nhất.
A. LÝ THUYẾT VẬT LÝ 12 HẠT NHÂN
I. Tính chất và cấu tạo của hạt nhân nguyên tử
1. Cấu tạo hạt nhân nguyên tử
1.1. Xây dựng hạt nhân:
Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo từ các nucleon, thành phần chính của chúng là:
Bạn đang xem: Các kiến thức cơ bản và công thức tính của hạt nhân nguyên tử
prôtôn (kí hiệu p). Hạt proton có khối lượng mp = 1,67262.10-27 kg và hạt proton có điện tích: e (điện tích dương)
nơtron (kí hiệu là n). Hạt nơtron có khối lượng mn = 1,67493.10-27 kg và hạt bão hoà không mang điện tích.
1.2. Biểu tượng cốt lõi:
Ký hiệu cho hạt nhân của một nguyên tử được viết.
AZX
Trong đó:
X: ký hiệu hóa học của đầu tiên
Z: là số proton hay còn gọi là số hiệu nguyên tử. Số hiệu nguyên tử Z cũng là số thứ tự của nguyên tử trong bảng toán học.
A: là số khối, là số nuclôn trong hạt nhân (là tổng số hạt proton và nơtron trong hạt nhân).
→ Do đó chúng ta thấy số nơtron N = A – Z
1.3 Kích thước lõi:
Hạt nhân của một nguyên tử nhỏ đến mức mắt người không thể nhìn thấy được. Kích thước của hạt nhân nhỏ hơn kích thước của nguyên tử từ 104 đến 105 lần. Nếu coi hạt nhân nguyên tử là một khối cầu bán kính R thì ta sẽ có mối liên hệ giữa R và A theo công thức sau:
Mối quan hệ giữa R và A
1.4 đồng vị nguyên tố
Đồng vị là hạt nhân có cùng số proton (Z) nhưng khác số nơtron (N). Cùng là một nguyên tố nhưng có số nơtron khác nhau dẫn đến A khác nhau
Ví dụ: Hiđro có 3 đồng vị: 11H; 21H (Đệ Nhị Luật: 21D); 31H (Trí: 31T).
2. Khối lượng lõi
2.1. Đơn vị khối lượng lõi
– So với khối lượng của electron thì khối lượng của hạt nhân rất lớn. Vì vậy, khối lượng nguyên tử tập trung chủ yếu và gần như hoàn toàn ở hạt nhân.
– Trong lĩnh vực vật lý hạt nhân nguyên tử, người ta thường dùng đơn vị đo khối lượng là đơn vị khối lượng nguyên tử, ký hiệu là u.
Đơn vị u quy ước ứng với 1/12 khối lượng nguyên tử của đồng vị 126C.
Từ đó ta có: 1u = 1,66055.10-27kg
Khối lượng của electron: me = 5,486.10-4u;
Khối lượng prôtôn: mp = 1,00728 u;
Khối lượng nơtron mn = 1,00866u;
2.2. Năng lượng hạt nhân và khối lượng
Theo công thức của Einstein:
E = mc2
Trong đó:
Xem thêm : Thủ tục sang tên xe máy không cần chủ cũ
m: là khối lượng của vật. là vận tốc ánh sáng trong chân không. c = 3.108 m/s
Năng lượng của nguyên tử có khối lượng tương ứng là 1u (Đơn vị là eV – Electron Volt):
E = uc2 931,5 MeV
Vậy năng lượng ứng với khối lượng tương đương với 1u 931,5 MeV/c2
MeV/c2 cũng được coi là đơn vị đo khối lượng hạt nhân. – Theo thuyết của Anh-xtanh: một vật có khối lượng m0 khi đứng yên thì vật đó sẽ tăng thêm m khi chuyển động với vận tốc v. Công thức tính khối lượng m khi chuyển động được tính như sau:
Trong đó:
m0 là khối lượng ở trạng thái nghỉ;
m: là khối lượng của vật chuyển động
v: vận tốc của vật
Khi đó năng lượng của vật chuyển động được tính theo công thức:
Vật lý nguyên tử
Năng lượng này được gọi là năng lượng toàn phần. => Ta có: E – E0 = (m – m0)c2 là công thức tính động năng của vật
II. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT TRUNG TÍNH – Phản ứng hạt nhân
1. Lực hạt nhân
Lực hạt nhân là lực tương tác giữa các nucleon của hạt nhân (lực này là lực hấp dẫn). Lực hạt nhân có tác dụng giúp liên kết các nucleon lại với nhau.
Về bản chất, lực hạt nhân không có tính tĩnh điện và không phụ thuộc vào điện tích của nuclon. So với lực hấp dẫn và lực tĩnh điện thì lực hạt nhân có lực lớn hơn rất nhiều (lực tương tác mạnh) và lực này chỉ có tác dụng khi hai nucleon có khoảng cách nhỏ hơn hoặc bằng độ lớn của hạt nhân (tương đương 10-15 mét). .
2. Độ hụt khối và năng lượng liên kết của hạt nhân
a Mất khối lượng
Khái niệm: Độ hụt khối của hạt nhân được tính bằng hiệu giữa tổng khối lượng các nuclôn của hạt nhân đó với khối lượng của hạt nhân này, kí hiệu là Δm. Mất khối được tính theo công thức:
Công thức tính hao hụt khối lượng
b. Năng lượng liên kết hạt nhân
Năng lượng liên kết của hạt nhân là năng lượng tối thiểu cần thiết để tách các nuclôn. Năng lượng liên kết lõi được tính bằng tích của độ hụt khối nhân với hệ số c2.
Công thức năng lượng liên kết
so với năng lượng liên kết cụ thể
Năng lượng liên kết riêng được tính theo công thức
đi bộ / A
Trong đó:
Wlk là năng lượng liên kết
A: là số khối
Năng lượng liên kết cụ thể cho thấy sự ổn định của một nguyên tử và thường là hạt nhân có số khối từ 50 đến 95 trên bảng tuần hoàn.
3. Phản ứng hạt nhân
Xem thêm : Tòa án nhân dân có mấy cấp?
– Phản ứng hạt nhân là phản ứng trong đó các hạt nhân tương tác với nhau và biến đổi thành hạt nhân khác. Ví dụ về phản ứng hạt nhân:
Ví dụ về phản ứng hạt nhân
Phản ứng hạt nhân được chia thành hai loại: phản ứng hạt nhân kích thích và phản ứng hạt nhân tự phát.
Phản ứng hạt nhân tự phát: quá trình trong đó một hạt nhân tự phân rã do mất ổn định và tạo thành hạt nhân mới.
Ví dụ: quá trình phóng xạ.
Phản ứng hạt nhân kích thích: Phản ứng trong đó các hạt nhân phản ứng với nhau tạo thành phản ứng mới.
Ví dụ: phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch.
. Định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân
Định luật bảo toàn số hiệu nguyên tử Z (hay bảo toàn điện tích):
Tổng điện tích các hạt trước và sau phản ứng không đổi
Ví dụ: Lấy ví dụ về phản ứng hạt nhân, theo định luật bảo toàn điện tích ta có:
Z1 Z2 = Z3 Z4
Định luật bảo toàn nucleon (bảo toàn số khối A)
Tổng số nuclon của các hạt trước và sau phản ứng không đổi
Ví dụ: Từ ví dụ về phản ứng hạt nhân, theo định luật bảo toàn số nuclon ta có:
A1 A2 = A3 A4
Định luật bảo toàn năng lượng toàn phần:
Năng lượng toàn phần bao gồm năng lượng ở dạng bình thường (chẳng hạn như động năng hoặc lượng tử năng) và cũng bao gồm năng lượng ở trạng thái nghỉ.
Tổng năng lượng của các hạt không đổi trước và sau phản ứng.
Định luật bảo toàn động lượng p1 = mv1
Tổng các vectơ động lượng của các hạt trước phản ứng bằng tổng các vectơ động lượng của các hạt sau phản ứng.
*Chú ý: Trong phản ứng hạt nhân không có sự bảo toàn năng lượng ở trạng thái nghỉ.
- năng lượng phản ứng hạt nhân
mt = mA mB: là tổng khối lượng các hạt trước phản ứng hạt nhân
ms = mC mD: là khối lượng tổng cộng của các hạt sau phản ứng hạt nhân
Nguồn: https://luatduonggia.edu.vn
Danh mục: Tổng hợp