Fizika, Atom və atom nüvəsi

Atom və nüvə çevrilmələri: foton, alfa və beta çevrilməsi

Atomun foton udduğunu və ya buraxdığını müəyyən edəcək, alfa və beta çevrilməsindən sonra proton, neytron və nuklon saylarını tapacaqsan.

Oxu vaxtı: 4 dəq

Süni intellektlə hazırlanmış şəkil: təpələrin üzərində doğan Günəş və qızılı işığa bürünmüş sakit çöl.

Günəşə bax: bu işıq nüvə reaksiyasından gəlir. Günəşin dərinliyində hidrogen nüvələri birləşib heliuma çevrilir və bu zaman böyük enerji ayrılır. Yəni hər gün hiss etdiyin istilik nüvə fizikasının işidir.

Kiçik bir misal da var: neon lampanın qırmızımtıl işığı. Lampanın içindəki qazda atomlar həyəcanlanır, sonra aşağı səviyyəyə qayıdır və foton buraxır. Hər qaz yalnız özünə məxsus rənglər verir, çünki bu rəngi səviyyələr arasındakı enerji fərqi təyin edir.

Bu səhifədə hər ikisinin arxasındakı hesabı öyrənəcəksən: atom nə vaxt foton udur, nə vaxt buraxır, nüvə çevriləndə hansı say dəyişir, hansı yerində qalır.

Niyə lazımdır

Bu mövzuda iş çox vaxt hesablamadan daha çox saymadır: $A$ , $Z$ , $N$ və səviyyə enerjiləri. Qaydanı bir dəfə yaxşı başa düşsən, tapşırıq bir-iki sətirdə həll olunur, imtahanda isə bu, vaxt qazandırır.

Eyni qaydalar həyatda da işləyir: atom elektrik stansiyası uranın bölünməsindən enerji alır, arxeoloqlar karbon-14 ilə qədim tapıntıların yaşını təyin edir, həkimlər radioaktiv izotoplardan müayinədə istifadə edir.

İmtahan bu mövzuda nə soruşur?

Enerji səviyyələri arasında keçiddə atomun foton udduğunu, yoxsa şüalandırdığını müəyyənləşdirirsən. Radioaktiv çevrilmədə proton, neytron və nuklon saylarını müqayisə edir, doğru fikirləri seçirsən. Heyger sayğacı ilə Vilson kamerasının işləmə prinsipini və verdiyi məlumatı fərqləndirmək də soruşulur.

Qayda

Atom müsbət nüvədən və elektronlardan təşkil olunur. Kütlənin əsas hissəsi nüvədədir. Neytral atomda elektron sayı proton sayına bərabərdir; elektron itirildikdə müsbət ion yaranır.
Stasionar hal müəyyən enerjili haldır; Bor modelində atom bu halda şüalanmır. Aşağı səviyyəyə keçid foton şüalanması, yuxarıya fotonla keçid isə udulmadır: $E_{\text{foton}}=|E_{\text{son}}-E_{\text{ilk}}|=h\nu=hc/\lambda$ . Enerji fərqi böyüdükcə tezlik artır, dalğa uzunluğu azalır.
Hidrogen üçün $E_n=-13{,}6/n^2\ \text{eV}$ . $n=1$ əsas, $n>1$ həyəcanlanmış hallardır. İonlaşma elektronun atomdan ayrılmasıdır; əsas haldan bunun üçün ən azı $13{,}6\ \text{eV}$ lazımdır.
Lüminessensiya istilik şüalanmasından fərqli işıqlanmadır. Lazer məcburi şüalanma hesabına işığı gücləndirir; şüası istiqamətlənmiş və koherentdir.
Nuklonlar proton və neytronlardır; onları qısa məsafədə nüvə qüvvələri bağlayır. $^{A}_{Z}X$ üçün proton sayı $Z$ , neytron sayı $N=A-Z$ , nüvə yükü $+Ze$ olur. İzotoplarda $Z$ eyni, $N$ fərqlidir.
Rabitə enerjisi nüvəni sərbəst nuklonlara ayırmağa lazımdır: $E_r=\Delta m c^2$ , $\Delta m=Zm_p+Nm_n-m_{\text{nüvə}}$ . Xüsusi rabitə enerjisi $E_r/A$ olur.
Radioaktivlik qeyri-sabit nüvənin özbaşına çevrilməsidir. Alfa şüalanmasında iki protonla iki neytron ayrılır: $A'=A-4$ , $Z'=Z-2$ . Beta-minus çevrilməsində neytron protona çevrilir: $A'=A$ , $Z'=Z+1$ , $N'=N-1$ . Qamma şüalanması $A$ və $Z$ qiymətlərini dəyişmir.
Yarımparçalanma dövrü $T$ keçdikdə ilkin radioaktiv nüvələrin yarısı qalır: $n=n_0\times2^{-t/T}$ . Parçalananların sayı $n_0-n$ olur.
Nüvə reaksiyasında ümumi yük və nuklon sayı saxlanır. Bölünmədən çıxan neytronlar yeni bölünmələr yaradarsa, zəncirvari reaksiya alınır. İstilik nüvə reaksiyasında yüksək temperaturda yüngül nüvələr birləşir.
Heyger sayğacı qazın ionlaşmasından yaranan elektrik impulslarını sayır, trayektoriyanı göstərmir. Vilson kamerasında ifrat doymuş buxardan ionlar üzərində damcılar yaranır; qabarcıqlı kamerada isə qızdırılmış mayedə buxar qabarcıqları iz əmələ gətirir.

Tapşırıqlarda işlənən düsturlar

Öyrənilməli düstur

h\nu=|E_f-E_i|

6 tapşırıqda

$E_i$ başlanğıc, $E_f$ son səviyyənin enerjisi, $h$ Plank sabiti, $\nu$ fotonun tezliyidir. Bor modelində hidrogenin elektronu nüvəyə yaxınlaşan orbitə keçərkən atom foton buraxır, əks keçiddə isə foton udur; fotonun enerjisini səviyyələrin fərqi müəyyən edir.

$E_i$ və $E_f$ keçiddən əvvəlki və sonrakı enerjilər, $h$ Plank sabiti, $\nu$ fotonun tezliyidir. Fotonun udulması atomun enerjisini yüksəldir, buraxılması azaldır; stasionar halın özündə isə atom şüa buraxmır.

Öyrənilməli düstur

\begin{gathered}{}^{A}_{Z}\mathrm{X}\rightarrow{}^{A-4}_{Z-2}\mathrm{Y}+{}^{4}_{2}\mathrm{He}\\[6pt]N=A-Z\end{gathered}

Alfa çevrilməsində nüvə helium nüvəsi buraxır; $A$ nuklonların, $Z$ protonların, $N$ neytronların sayını göstərir. Yeni nüvənin indekslərindən neytron sayını tap və proton sayı ilə fərqini ilkin nüvədəki fərqlə müqayisə et.

Öyrənilməli qayda

Beta-minus çevrilməsi zamanı neytronlardan biri proton olur və nüvədən elektron çıxır. Nüvənin yükünü proton sayı, kütlə ədədini isə protonlarla neytronların birlikdə sayı müəyyən etdiyindən dəyişiklikləri bu çevrilməyə əsasən müqayisə et.

Öyrənilməli qayda

Heyger sayğacında zərbə ilə ionlaşan qaz elektrik impulsu yaradır və zərrəciklərin sayılmasına imkan verir, trayektoriyanın təsvirini vermir. Vilson kamerasında zərrəciyin yaratdığı ionlar ifrat doymuş buxarın kondensasiyası üçün mərkəz olur və fotoşəkli çəkilə bilən iz maye damcılarından yaranır.

Özün say

Hər sualda bir ədəd yaz. Qaydaları xatırla: alfa çevrilməsində $A$ dörd, $Z$ iki azalır; beta-minus çevrilməsində $Z$ bir artır.

Nümunələr

Hidrogen atomu

n=3

səviyyəsindən

n=2

səviyyəsinə keçir. Fotonun enerjisini tap.

E_3\approx-1{,}51\ \text{eV}

E_2=-3{,}40\ \text{eV}

olduğundan

E_{\text{foton}}=1{,}89\ \text{eV}

. Atom enerji itirərək foton şüalandırır.

$^{226}_{88}\mathrm{Ra}$ alfa çevrilməsi keçirir. Yeni nüvədə $A'=222$ , $Z'=86$ , $N'=222-86=136$ alınır. Başlanğıcda $N=138$ idi; həm proton, həm neytron sayı iki azalıb.

$^{14}_{6}\mathrm{C}$ beta-minus çevrilməsi keçirir. Yeni nüvə $^{14}_{7}\mathrm{N}$ olur: proton sayı $7$ , neytron sayı $14-7=7$ . Nuklon sayı əvvəlki kimi $14$ qalır.

Tipik səhv

$-3{,}40>-1{,}51$ , deməli $n=2$ səviyyəsinin enerjisi daha böyükdür; beta-minus zərrəciyi isə atom örtüyündən qopan elektrondur.

$-1{,}51>-3{,}40$ : $n=3$ səviyyəsi yuxarıdadır, $n=3\to n=2$ keçidində atom foton şüalandırır. Beta-minus elektronu nüvədə neytronun protona çevrilməsindən yaranır.

Mənfi enerji qiymətlərini müqayisə edərkən modula aldanma: sıfıra yaxın olan ədəd böyükdür. Beta-minus zərrəciyini atom örtüyündən qopan elektronla qarışdırma; bu proses nüvədə neytronun protona çevrilməsidir, ona görə $Z$ bir vahid artır.

Özünü yoxla

Atom foton udaraq enerjisi $-5{,}4\ \text{eV}$ olan səviyyədən $-2{,}1\ \text{eV}$ olan səviyyəyə keçir. Udulan fotonun enerjisini tap.

Nüvə ardıcıl olaraq bir alfa və bir beta-minus çevrilməsi keçirir. Son nüvədə proton və neytron sayları ilkin nüvəyə nəzərən necə dəyişir?

Vilson kamerasında yüklü zərrəciyin görünən izi nədən yaranır?

Bu mövzunu sınaqda yoxla

Bu mövzunun tapşırıqlarını həll et və hər birinin izahını oxu.

Mövzu üzrə sınaq, I qrup (RK)Mövzu üzrə sınaq, I qrup (Rİ)Mövzu üzrə sınaq, IV qrup

Digər mövzular

Bütün Fizika mövzuları

FizikaFoton və fotoeffektİmtahanda fotonun tezliyindən impulsunu hesablayır, fotoeffekt zamanı enerjinin necə bölündüyünü…

Dərslikdə bu mövzu

Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 4.4 «Atomun quruluşu haqqında Borun kvant postulatları. Atomun enerji səviyyələri», səh. 159
Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 4.5 «Şüalanmanın növləri və onların tətbiqləri», səh. 163
Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 4.6 «Atom nüvəsi. Atom nüvəsinin quruluşu», səh. 167
Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 4.7 «Nüvənin rabitə enerjisi», səh. 171
Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 4.8 «Radioaktivlik. Nüvələrin radioaktiv çevrilməsi», səh. 174
Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 4.9 «Radioaktiv çevrilmə qanunu», səh. 178
Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 4.10 «Nüvə reaksiyası», səh. 181
Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 4.11 «Uran nüvəsinin bölünməsi. Zəncirvarı nüvə reaksiyası», səh. 184
Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 4.12 «İstilik nüvə reaksiyası», səh. 189
Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 4.13 «Elementar zərrəciklər və onların qeydəalınma üsulları», səh. 192
Dərslik: Fizika, 10-cu sinif, 5.2 «Enerji ilə kütlə arasında qarşılıqlı əlaqə qanunu», səh. 130
Dərslik: Fizika, 7-ci sinif, «Atomun quruluşu», səh. 76