장작 한 조각을 살펴보면서“이봐, 그 물건을 쪼개는 데 얼마나 많은 에너지가 필요한지 궁금해”라고 스스로에게 말한 적이 있습니까? 기회는 없을 것입니다. 그러나 물리학 자에게는 무언가를 구성품으로 분리하는 데 얼마나 많은 에너지가 필요한지 묻는 것이 실제로 매우 중요한 질문입니다.
물리학 분야에서 이것은 결합 에너지 또는 원자를 별도의 부품으로 분해하는 데 필요한 기계적 에너지의 양으로 알려져 있습니다. 이 개념은 원자 수준, 핵 수준, 천체 물리학 및 화학 등 다양한 수준의 과학자들이 사용합니다.
핵력:
기본 화학이나 물리학을 기억하는 사람이라면 누구나 알고 있듯이 원자는 핵으로 알려진 아 원자 입자로 구성됩니다. 이들은 양으로 하전 된 입자 (양성자)와 중심 (핵)에 배열 된 중성 입자 (중성자)로 구성됩니다. 이것들은 핵을 선회하는 전자에 의해 둘러싸여 있으며 다른 에너지 레벨로 배열되어 있습니다.
근본적으로 다른 전하를 가진 아 원자 입자가 아주 가깝게 존재할 수있는 이유는 강한 원자력이 존재하기 때문입니다. 이것은 강한 원자력이 존재하기 때문입니다. 이것은 원자의 아 원자 입자가 근거리에서 끌릴 수있게하는 우주의 기본 힘입니다. 이 힘은 입자가 서로 반발하게하는 반발력 (쿨롱 힘)에 대항합니다.
따라서 핵을 동일한 수의 자유 결합되지 않은 중성자와 양성자로 나누려고 시도 할 때 – 강한 핵력으로 인해 입자가 상호 작용할 수 없을 정도로 서로 멀어 지거나 멀어 지므로 충분한 에너지가 필요합니다. 이 핵 채권.
따라서, 결합 에너지는 강한 핵력 결합을 끊는 데 필요한 에너지의 양일뿐만 아니라, 핵을 함께 보유하는 결합의 강도의 척도이기도합니다.
핵분열과 핵융합 :
핵을 분리하기 위해서는 핵에 에너지를 공급해야합니다. 핵에 일반적으로 고 에너지 입자로 충격을가함으로써 달성됩니다. 양성자를 가진 무거운 원자핵 (우라늄 또는 플루토늄 원자와 같은)에 충격을 가하는 경우이를 핵분열이라고합니다.
그러나, 결합 에너지는 또한 핵융합에서 중요한 역할을하며, 여기서 핵 원자 (예 : 수소 원자)는 높은 에너지 상태에서 함께 결합된다. 경핵이 융합하거나 핵이 쪼개 질 때 제품에 대한 결합 에너지가 더 높으면, 이들 공정 중 어느 하나가 "추가"결합 에너지를 방출 할 것이다. 이 에너지를 원자력 또는 느슨하게 원자력이라고합니다.
임의의 핵의 질량은이를 구성하는 개별 구성 핵의 질량의 합보다 항상 작은 것으로 관찰된다. 핵이 더 작은 핵을 형성하도록 합쳐 지거나 더 큰 핵을 형성하기 위해 합쳐질 때 발생하는 질량의 "손실"은 또한 결합 에너지에 기인한다. 이 누락 질량은 열 또는 빛의 형태로 공정 중에 손실 될 수 있습니다.
시스템이 정상 온도로 냉각되고 에너지 수준 측면에서지면 상태로 돌아 오면 시스템에 남아있는 질량이 줄어 듭니다. 이 경우, 제거 된 열은 정확히 질량 "적자"를 나타내며 열 자체는 (초기 시스템의 관점에서) 손실 된 질량을 유지합니다. 이 질량은 열을 흡수하고 열 에너지를 얻는 다른 시스템에 나타납니다.
바인딩 에너지의 종류 :
엄밀히 말하면, 특정 연구 분야에 기반한 여러 유형의 결합 에너지가 있습니다. 입자 물리학에서 결합 에너지는 원자가 전자기 상호 작용에서 파생되는 에너지를 의미하며 원자를 자유 핵으로 분해하는 데 필요한 에너지의 양입니다.
원자, 분자 또는 이온으로부터 전자를 제거하는 경우, 필요한 에너지는 "전자 결합 에너지"(일명 이온화 전위)로 알려져있다. 일반적으로, 핵에서 단일 양성자 또는 중성자의 결합 에너지는 원자에서 단일 전자의 결합 에너지보다 대략 백만 배 더 큽니다.
천체 물리학에서 과학자들은 "중력 결합 에너지"라는 용어를 사용하여 중력만으로 묶여있는 물체, 즉 별, 행성 또는 별 같은 항성 물체를 분리 (무한대)하기 위해 걸리는 에너지의 양을 나타냅니다. 혜성. 또한 무한대에서 떨어지는 재료로 인해 그러한 물체가 도달하는 동안 (보통 열 형태로) 방출되는 에너지의 양을 나타냅니다.
마지막으로, "결합"에너지로 알려진 것이 있는데, 이는 화학적 결합에서 결합 강도의 척도이며 화학 화합물을 구성 원자로 분해하는 데 걸리는 에너지 (열)의 양이기도합니다. 기본적으로, 결합 에너지는 우리 우주를 함께 묶는 바로 그 것입니다. 그리고 그것의 여러 부분이 분리되면 그것을 수행하는 데 필요한 에너지의 양입니다.
결합 에너지에 대한 연구는 원자력, 전기 및 화학 제조와 같은 수많은 응용 분야를 가지고 있습니다. 그리고 앞으로 수십 년 동안 핵융합의 발전에 본질적인 것입니다!
Space Magazine의 에너지 바인딩에 대한 많은 기사를 작성했습니다. 보어의 원자 모델이란 무엇입니까?, 존 달튼의 원자 모델은 무엇입니까?, 매화 푸딩 원자 모델은 무엇입니까?, 원자 질량은 무엇입니까? 및 핵 융합은 별입니다.
에너지 바인딩에 대한 자세한 내용을 보려면 Nuclear Binding Energy에 대한 Hyperphysics 기사를 확인하십시오.
우리는 또한 우주에서 중요한 숫자에 관한 천문학 캐스트의 전체 에피소드를 기록했습니다. 에피소드 45 : 우주의 중요한 숫자를 들어보십시오.
출처 :
- Wikipedia – 바인딩 에너지
- 과 물리학 – 핵 결합 에너지
- 유럽 핵 학회 – 바인딩 에너지
- 브리태니커 백과 사전 – 바인딩 에너지
