เสถียรภาพของนิวเคลียส

NUCLEUS STABILITY เสถียรภาพของนิวเคลียส

คำนำ หนังสืออิเล็กทรอนิกส์(E-Book)วิชาฟิสิกส์เรื่องเสถียรภายของ นิวเครียส ชั้นมัธยมศึกษาปีที่6 เล่มนี้จัดทำขึ้นตามผลการเรียนรู้กลุ่มสาระ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีจุดประสงค์เพื่อใช้ประกอบการเรียนการสอน ในรายวิชาฟิสิกส์ชั้นมัธยมศึกษาปีที่6 ในเรื่องของเสถียรภาพของนิวเคลียส ผู้จัดทำหวังเป็นอย่างยิ่งว่าหนังสืออิเล็กทรอนิกส์(E-Book)วิชาฟิสิกส์ เรื่องเสถียรภายของนิวเครียส ชั้นมัธยมศึกษาปีที่6 เล่มนี้จะเป็นประโยชน์ต่อ การจัดการเรียนรู้และเป็นส่วนสำคัญในการพัฒนาคุณภาพและมาตรฐาน การศึกษากลุ่มสาระวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ขอขอบคุณอาจารย์ที่ชี้แนะ แนวทางในการจัดทำหนังสืออิเล็กทรอนิกส์(E-Book)ฉบับนี้ให้สำเร็จลุล่วง ไปได้ด้วยดีไว้ ณ โอกาศนี้ จัดทำโดย ภูพิรัฐ จันเครือดี ผู้จัดทำ

สารบัญ หน้า 1 เรื่อง 3 เสถียรภาพของนิวเคลียส 5 8 แรงนิวเคลียร์ พลังงานยึดเหนี่ยว เฉลยแบบฝึ กหัด

1 เสถียรภาพของนิวเคลียส เสถียรภาพของนิวเคลียส คือ เสถียรภาพของนิวคลียสขึ้นอยู่กับพลังงานยึดเหนี่ยว ต่อนิวคลีออน นิวเคลียสใดมีพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนสูงจะมีเสถียรภาพสูง Example 4200������������ เท่ากับ 39.9751 u จงหาค่าพลังงานยึดเหนี่ยวของ 40 ������������ 20 1. ถ้ามวลอะตอมของ กำหนดให้มวล 1 u เทียบได้กลับพลังงาน 931 MeV มวลไฮโดรเจน (m H) = 1.007825 u ; มวลของนิวตรอน (m n) = 1.008665 u - วิธีทำ จาก B.E. = m x 931 MeV m = { ZmH + ( A-Z ) mn}- AZ M = { 20(1.007825) + 20(1.008665) } – 39.9751 u = 40.3300 – 39.9751 u ตอบ B.E. = (0.3549)(931 MeV) = 330.41 MeV

2 เสถียรภาพของนิวเคลียส Example 112 48 2.จงคำนวณหารัศมีของนิวเคลียส ������������ กำหนดให้ r0 = 1.4 x 10-15 เมตร - วิธีทำ จาก R = r0 A1/3 หา R ของ 14182������������ R = (1.4 x 10-15)(112)1/3= (1.4 x 10-15 )(2)(14)1/3 ตอบ = (2.8 x 10-15 )( 3 14) เมตร แบบฝึกหัด 1.จงหาค่าพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนของ 4200 ������������ กำหนดให้มวล 1 u เทียบได้กลับพลังงาน 931 MeV มวลไฮโดรเจน (mH) = 1.007825 u ; มวลของนิวตรอน (mn) =1.008665 u 238 2.จงคำนวณหารัศมีของนิวเคลียส 92������กำหนดให้ r0 = 1.4 x 10-15 เมตร

3 แรงนิวเคลียร์ แรงนิวเคลียร์ คือแรงที่ใช้ยึดเหนี่ยวนิวคลีออนเข้าด้วยกัน ซึ่งไม่ใช่ทั้งแรง ระหว่างประจุและแรงดึงดูดระหว่างมวล แต่เป็นแรงที่เกิดจากการแลกเปลี่ยน อนุภาคเมซอนระหว่างนิวคลีอออนในนิวเคลียส(แนวคิดนี้อธิบายแรงนิวเคลียร์ โดยนักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่น ฮิเดกิ ยูกาวา(Hideki Yukawa) Example 1.แรงนิวเคลียร์เป็นแรงประเภทใด เป็นแรงชนิดเดียวกับแรงระหว่าง ประจุหรือแรงระหว่างมวลหรือไม่ คำตอบ: อนุภาคโปรตอน และอนุภาคนิวตรอน สัญลักษณ์นิวเครียร์

4 แรงนิวเคลียร์ การคำนวณพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ มีหลักดังนี้ 1) ถ้ามวลรวมก่อนเกิดปฏิกิริยา > มวลรวมหลักเกิดปฏิกิริยา ; ปฏิกิริยานี้จะคายพลังงาน ถ้ามวลรวมก่อนเกิดปฏิกิริยา < มวลรวมหลังเกิดปฏิกิริยา ; ปฏิกิริยานี้จะดูดพลังงาน 2) พลังงานที่คายหรือดูดจะหาได้จาก ผลต่างของมวลรวมก่อนทำปฏิกิริยากับหลังทำ ปฏิกิริยาคูณด้วย 931 โดยมวลอยู่ในหน่วย amu หรือในหน่วย u และพลังงานอยู่ใน หน่วย MeV แบบฝึกหัด 1. อนุภาคพื้นฐานในนิวเคลียสของอะตอมคืออนุภาคใด 2. แรงนิวเคลียร์เป็นแรงประเภทใด เป็นแรงชนิดเดียวกับแรงระหว่างประจุ หรือแรง ระหว่างมวลหรือไม่

พลังงานยึดเหนี่ยว 5 พลังงานยึดเหนี่ยว (binding energy) คือ“พลังงานที่ใช้ในการยึดนิวคลีออน เข้าไว้ด้วยกันในนิวเคลียสของธาตุ” หรือเป็น “พลังงานที่น้อยที่สุด ที่สามารถทำให้ นิวเคลียสแตกตัวเป็นองค์ประกอบย่อย” การที่โปรตอนและนิวตรอนสามารถอยู่กันได้ในนิวเคลียส, เพราะมีพลังงาน ยึดเหนี่ยว 1. มวลของนิวเคลียสน้อยกว่า ผลรวมของมวลโปรตอนและนิวตรอน (ในสภาพอิสระ) ที่ประกอบเป็น นิวเคลียสเสมอ 2. มวลส่วนที่หายไป เรียกว่า mass defect (Δm) 3. เทียบมวลเป็นพลังงานได้จาก E=mc² มวลพร่อง (mass defect) หมายถึงมวลส่วนหนึ่งที่หายไป โดยเมื่อนิวคลี ออนอิสระมารวมกันเป็นนิวเคลียส มวลของนิวเคลียสที่เกิดขึ้นใหม่จะมีมวล น้อยกว่า ผลรวมของมวลนิวคลีออนอิสระก่อนรวม ถ้าให้ M แทนนิวเคลียสที่มีเลขมวล A และเลขอะตอมเป็น Z ซึ่ง Z คือ จำนวนประจุบวกซึ่งแต่ละประจุมีมวล และ (A-Z) แทนจำนวนนิวตรอน ซึ่งแต่ละตัวมีมวล ดังนั้นจะคำนวณหามวลพร่องได้ดังนี้

พลังงานยึดเหนี่ยว 6 = แทนมวลพร่อง มีหน่วยเป็น u (atomic mass unit) โดยพลังงานยึดเหนี่ยวนี้เปลี่ยนรูปมาจากมวลพร่องนั่นเองโดยการหาค่า พลังงานยึดเหนี่ยวได้จากการเปลี่ยนแปลงของมวลเปลี่ยนเป็นพลังงาน โดย ถ้าให้ B.E. แทนพลังงานยึดเหนี่ยวมีหน่วยเป็นเมกกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) และ แทนมวลพร่อง มีหน่วยเป็น u โดยที่ มวล 1 u เทียบเท่ากับ พลังงาน 931 MeV ดังนั้นจะได้ = Example เกิดจาก โปรตอน 2 ตัว และนิวตรอน 2 ตัว ดังสมการ + = 2(1.0073u) + 2(1.0087u) = 4.0320 u มวลหลังจากรวม = 4.0015 u ดังนั้นมวลพร่อง = (4.0320 u) – (4.0015 u) = 0.0305 u พลังงานยึดเหนี่ยว = = 0.0305 x 931 MeV = 28.39 MeV พลังงานยึดเหนี่ยวของ มีค่าเท่ากับ 28.39 MeV

พลังงานยึดเหนี่ยว 7 แบบฝึกหัด 1. หน่วยที่ใช้วัดมวลนิวเคลียสใช้หน่วยเดียวกับหน่วยที่ใช้วัดอะตอมเรียกว่าหน่วยใดปั จจุบัน ใช้มวลของธาตุใด เป็นธาตุมาตรฐานในการวัดมวลนิวเคลียส 1 หน่วยมวลอะตอมหมายถึง อย่างไร 2. สมการความสัมพันธ์ระหว่างมวลกับพลังงานของไอน์สไตน์ คือสมการใด 3. พลังงานยึดเหนี่ยว หมายถึงพลังงานอย่างไรในนิวเคลียส

8 เฉลยแบบฝึ กหัด เสถียรภาพของนิวเคลียส เฉลย ข้อ1 -วิธีทำ จาก B.E =40330.41= 8.26 MeV / Nucleon Nuclean เฉลย ข้อ2 - วิธีทำ (r10.4Ax1/130ห-1า5)R(2ข3อ82-ง13598)2������ จาก R = = ตอบ = (1.4)(3 238) x 10-15เมตร แรงนิวเคลียร์ เฉลย ข้อ1 -อนุภาคโปรตอน และอนุภาคนิวตรอน เฉลย ข้อ2 - เป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคนิวคลีออน ไม่ใช่แรงระหว่างประจุ หรือ แรงระหว่างมวล

9 เฉลยแบบฝึ กหัด พลังงานยึดเหนี่ยว เฉลย ข้อ1 - หน่วย atomic mass unit(amu) หรือ unit(u) ปั จจุบันใช้ธาตุคาร์บอน-12 เป็น ธาตุ มาตรฐานในการวัดมวลอะตอม, 1 หน่วยมวลอะตอม หมายถึง 1 u = 112 ( 162������ ) และ162������ มีมวลเท่ากับ 12.00000 กรัม/ โมล หรือ1 u =1 ; NA(Avogadro’s number) = 6.0221 x 1023) ดังนั้น NA 1 u = 1.6605 x 10-27กิโลกรัม เฉลย ข้อ2 - E = mc 2 เฉลย ข้อ3 - พลังงานยึดเหนี่ยวหมายถึงพลังงานใช้ยึดอนุภาค นิวคลีออนไว้ด้วยกัน หรือ พลังงานที่น้อยที่สุดที่ทำให้อนุภาคภายในนิวเคลียสแยกออกจากกัน

จัดทำโดย นายภูพิรัฐจันเครือดี ชั้นมัธยมศึกษาปีที่6/1 เลขที่5 เสนอ อาจารย์ไพโรจน์ ขุมขำ โรงเรียนชาติตระการวิทยา อ.ชาติตระการ จ.พิษณุโลก