質量エネルギー関係、質量欠陥|物理

正確な測定により、特定の原子の質量は、原子を構成する個々の中性子、陽子、および電子の質量の合計よりも常に少し小さいことがわかっています。質量原子の構成要素の合計をその質量から差し引くと、質量欠陥 ( Δ m) が得られます。このトピックについては、大量の欠陥に関するこの学習資料ノートで学習します。

質量エネルギー関係

アルバート・アインシュタインは、最初に質量とエネルギーの関係を証明しました。彼は方程式を提案した

E =mc2。この方程式は、質量とシステムのエネルギーの間の関係を提供します。

この関係は、静止状態の物体がエネルギーを持っていることも示しています。エネルギーは位置エネルギーの形であり、場合によっては化学エネルギーと熱エネルギーです。

質量とエネルギーの関係にはさまざまな意味があります。最も重要なものは、核分裂と核融合の分野にあります。質量エネルギー関係を使用して、核結合エネルギーを見つけることができます。

結合エネルギーは、原子核をその部分に分割するのに必要なエネルギーです。このエネルギーは、粒子を一緒に保持するエネルギーと同じです。

結合エネルギーから、実際の質量と期待される質量の間に有意な差があることがわかります。これは、原子核の質量が常に陽子と中性子の個々の質量よりも小さいためです。核の形成中にエネルギーが常に失われるためです。

核が形成されると、質量を持つエネルギーが失われます。この質量は、質量欠陥として知られています。質量欠損とは、核の実際の質量が陽子と中性子の質量と等しくないことを意味します。質量欠損は、方程式を使用して計算できます。

質量欠陥を計算する際には、正確な質量測定を使用することが不可欠になります。原子の質量とその部分の間にはわずかな違いしかありません。計算前に原子と粒子の質量を 3 桁または 4 桁の有効数字に丸めると、計算された質量欠陥がゼロになります。

質量欠陥は、核結合エネルギーを計算できます。質量は次の式を使用してエネルギーに変換されます:

核結合エネルギーは、核の分裂または融合が起こるかどうかを決定するために使用されます。安定核の場合、結合エネルギーの値は正です。核が複数の核子で構成されている場合、そのエネルギー組成は核結合エネルギーとも呼ばれます。

核結合エネルギーは、次のような 3 つの発熱プロセス時に解放されます。

結合エネルギーは、核を中性子や陽子などの粒子に分割するために必要です。しかし、原子核の質量は決して中性子と陽子の質量の合計に等しくならないことが分かっています。それは、原子核が形成される過程で常にエネルギーが失われ、質量を持っているからです。

したがって、反応中に失われた質量は、質量欠陥として知られています。この質量は、質量エネルギー関係を使用してエネルギーに変換されます。質量欠陥に関するこの研究資料ノートに記載されている式を使用して、質量欠陥を計算できます。