Năng lượng liên kết của hạt nhân. - Vật lý 12

Khái niệm:

- Tốc độ ánh sáng trong chân không là một hằng số vật lý cơ bản quan trọng trong nhiều lĩnh vực vật lý. Nó có giá trị chính xác bằng 299792458 mét trên giây (299 792,458 m/s).

- Quy ước: $c=3.{10}^{8 }m/s$

Đơn vị tính: m/s

Khái niệm:

Khối lượng của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nucleon tạo thành hạt nhân đó. Độ chênh giữa hai khối lượng đó được gọi là độ hụt khối của hạt nhân.

Đơn vị tính: u

Khái niệm: 

Năng lượng liên kết là năng lượng tỏa ra khi kết hợp các nucleon thành hạt nhân, còn gọi là năng lượng tối thiểu để phá vỡ hạt nhân.

Đơn vị tính: $J hoặc MeV$

$m_p=1,00728 u$

Khối lượng của proton lớn hơn 80 -100 lần tổng khối lượng ba hạt quark hóa trị của nó

Ý nghĩa : Hạt cơ bản không mang điện tích, nằm bên trong hạt nhân.

Neutron được phát hiện bởi James Chadwick vào năm 1932 và được trao giải Nobel cho phát hiện này ở năm 1935.

Neutron được dùng để tạo ra nhiều các đồng vị hạt nhân.

Người ta phát hiện neutron thông qua hai cách"

+ Phát hiện neutron thông qua hiện tương bắt neutron chuyển tín hiệu điện thành năng lượng.

+ Phát hiện thông qua tán xạ đàn hồi và máy dò

$m_n=1,00866 u>m_p>>m_e$

Vận tốc của photon ánh sáng chuyển động trong chân không, giảm khi đi qua các môi trường trong suốt.

Không phụ thuộc vào hệ quy chiếu , được ứng dụng trong các hệ thức Einstein.

Kỹ thuật đo bằng hốc cộng hưởng và giao thoa kế laser đã giúp cho việc đo vận tốc ánh sáng chính xác hơn. Năm 1972. vận tốc ánh sáng được đo có giá trị $2 997 924 562\pm 11m/s$ sai số giảm 100 lần sai số trước đó.

Phát biểu: Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng $hf$, trong đó $f$ là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay được phát ra; còn $h$ là một hằng số.

Chú thích:

$\epsilon$: năng lượng $\left(J\right)$

$h$: hằng số Planck với $h=6.625.{10}^{-34}$$J.s$

$f$: tần số của ánh sáng đơn sắc $\left(Hz\right)$

$\lambda$: bước sóng của ánh sáng đơn sắc $\left(m\right)$

$c=3.{10}^{8}m/s$: tốc độ của ánh sáng trong chân không

Thuyết lượng tử ánh sáng:

- Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là photon.

- Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số $f$, các photon đều giống nhau, mỗi photon mang năng lượng bằng $hf$.

- Trong chân không, photon bay với tốc độ $c=3.{10}^8$$m/s$ dọc theo các tia sáng.

- Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một photon.

- Photon chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có photon đứng yên.

Khái niệm: Muốn cho electron bứt ra khỏi mặt kim loại phải cung cấp cho nó một công để "thắng" các liên kết. Công này gọi là công thoát.

Chú thích:

$A$: công thoát $\left(J\right)$

$h$: hằng số Planck với $h=6.625.{10}^{-34}$$J.s$

${\lambda }_0$: bước sóng của ánh sáng đơn sắc $\left(m\right)$

$c$: tốc độ ánh sáng trong chân không, $c=3.{10}^{8}m/s$

Phát biểu: Hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết để cho chúng trở thành các electron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện, gọi là hiện tượng quang điện trong.

Hiện tượng quang điện trong xảy ra đối với một số chất bán dẫn như Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe,... có tính chất đặc biệt sau đây: Là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng thích hợp. Các chất này còn được gọi là $chất quang dẫn.$

Năng lượng kích hoạt và giới hạn quang dẫn của một số chất:

So sánh hiện tượng Quang điện ngoài và hiện tượng Quang điện trong:

- Giống nhau:

+ Đều là hiện tượng electron ở dạng liên kết trở thành electron tự do (giải phóng electron liên kết trở thành electron dẫn) dưới tác dụng của phôtôn ánh sáng, tham gia vào quá trình dẫn điện.

+ Điều kiện để có hiện tượng là $\lambda \le {\lambda }_0$.

- Khác nhau: 

+ Hiện tượng quang điện ngoài:

Các quang electron bị bật ra khỏi kim loại.

Chỉ xảy ra với kim loại.

Giới hạn quang điện ${\lambda }_0$ nhỏ thường thuộc vùng tử ngoại trừ kiềm và kiềm thổ (ánh sáng nhìn thấy).

+ Hiện tượng quang điện trong:

Các electron liên kết bị bứt ra vẫn ở trong khối bán dẫn.

Chỉ xảy ra với chất bán dẫn.

Giới hạn quang điện ${\lambda }_0$ dài (lớn hơn của kim loại, thường nằm trong vùng hồng ngoại).

Phát biểu: Khối lượng của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nucleon tạo thành hạt nhân đó. Độ chênh giữa hai khối lượng đó được gọi là độ hụt khối của hạt nhân.

Chú thích:

$∆m$: độ hụt khối của hạt nhân $\left(u\right)$

$Z$: số proton

$A-Z$: số neutron

$m_p, m_n$: khối lượng của proton và neutron $\left(u\right)$

$m_X$: khối lượng của hạt nhân $\left(u\right)$

Trong đó:

$m_n\approx 1,0087u$

$m_p\approx 1,0072u$

$m_n>m_p>1 u>m_e$

$$\begin{gathered} m_{0A}{c}^2+K_A+m_{0B}{c}^2+K_B=m_{0C}{c}^2+m_{0D}{c}^2+K_C+K_D+Q \\ \Rightarrow Q=K_C+K_D-K_A-K_B=K_S-K_T \\ \Rightarrow Q=\left(m_{0A}+m_{0B}-m_{0C}-m_{0D}\right)c^2 \\ \Rightarrow Q=\left(∆m_C+∆m_D-∆m_A-∆m_B\right)c^2 \\ \Rightarrow Q=∆E_C+∆E_D-∆E_A-∆E_B \end{gathered}$$

Quy ước:

$Q>0$ thì phản ứng tỏa năng lượng.

$Q<0$ thì phản ứng thu năng lượng.