พลังงานผูกคืออะไร

Send

คุณเคยดูฟืนชิ้นหนึ่งแล้วพูดกับตัวเองว่า“ ฉันฉันสงสัยว่ามันต้องใช้พลังงานมากขนาดไหนในการแยกสิ่งนั้นออกจากกัน”? โอกาสที่คุณจะไม่ได้มีไม่กี่คน แต่สำหรับนักฟิสิกส์การถามว่าต้องการพลังงานมากเพียงใดในการแยกบางอย่างออกเป็นชิ้นส่วนของมันเป็นคำถามที่สำคัญมาก

ในสาขาฟิสิกส์นี่คือสิ่งที่เรียกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวหรือปริมาณของพลังงานกลที่ใช้ในการแยกอะตอมออกเป็นส่วนต่างๆ นักวิทยาศาสตร์ใช้แนวคิดนี้ในหลายระดับซึ่งรวมถึงระดับอะตอมระดับนิวเคลียร์และในฟิสิกส์ดาราศาสตร์และเคมี

แรงนิวเคลียร์:

ในฐานะที่ทุกคนที่จำเคมีพื้นฐานหรือฟิสิกส์ของพวกเขารู้แน่นอนอะตอมประกอบด้วยอะตอมของอนุภาคที่รู้จักกันในชื่ออะตอม เหล่านี้ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุบวก (โปรตอน) และอนุภาคที่เป็นกลาง (นิวตรอน) ที่ถูกจัดเรียงไว้ที่กึ่งกลาง (ในนิวเคลียส) สิ่งเหล่านี้ถูกล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนซึ่งโคจรรอบนิวเคลียสและถูกจัดเรียงในระดับพลังงานที่แตกต่างกัน

เหตุผลที่ว่าอนุภาคอนุภาคย่อยที่มีประจุต่างกันโดยพื้นฐานนั้นสามารถอยู่ใกล้กันได้เพราะการปรากฏตัวของพลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง - เป็นพลังพื้นฐานของจักรวาลที่ช่วยให้อนุภาคอนุภาคของอะตอมถูกดึงดูดในระยะทางสั้น ๆ มันเป็นพลังที่ต่อต้านแรงผลักดัน (เรียกว่าพลังคูลอมบ์) ที่ทำให้อนุภาคผลักกัน

ดังนั้นความพยายามใด ๆ ในการแบ่งนิวเคลียสให้เป็นจำนวนนิวตรอนและโปรตอนอิสระที่ไม่ได้ผูกมัดจำนวนเท่ากันดังนั้นพวกมันอยู่ไกล / ห่างพอจากกันและกันซึ่งแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งไม่สามารถทำให้อนุภาคโต้ตอบได้อีกต่อไป - จะต้องใช้พลังงานมากพอที่จะทำลาย พันธะนิวเคลียร์เหล่านี้

ดังนั้นพลังงานยึดเหนี่ยวไม่เพียง แต่ปริมาณของพลังงานที่ต้องใช้ในการทำลายพันธะนิวเคลียร์แรงเท่านั้น แต่ยังเป็นตัวชี้วัดความแข็งแรงของพันธะที่ยึดนิวเคลียสด้วยกัน

นิวเคลียร์ฟิวชั่นและฟิวชั่น:

เพื่อที่จะแยกนิวเคลียสพลังงานจะต้องจ่ายให้กับนิวเคลียสซึ่งมักจะทำได้โดยการทิ้งระเบิดนิวเคลียสที่มีอนุภาคพลังงานสูง. ในกรณีของการทิ้งระเบิดนิวเคลียสของอะตอมหนัก (เช่นยูเรเนียมหรือพลูโตเนียมอะตอม) ด้วยโปรตอนสิ่งนี้เรียกว่าฟิชชั่นนิวเคลียร์

อย่างไรก็ตามการผูกพลังงานยังมีบทบาทในการหลอมนิวเคลียร์ซึ่งนิวเคลียสแสงรวมกัน (เช่นอะตอมไฮโดรเจน) ถูกผูกไว้ด้วยกันภายใต้สภาวะพลังงานสูง หากพลังงานยึดเหนี่ยวสำหรับผลิตภัณฑ์สูงขึ้นเมื่อนิวเคลียสของแสงอ่อนหรือเมื่อแยกนิวเคลียสหนักกระบวนการใดกระบวนการหนึ่งเหล่านี้จะส่งผลให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานการจับ "พิเศษ" พลังงานนี้เรียกว่าพลังงานนิวเคลียร์หรือพลังงานนิวเคลียร์อย่างอิสระ

เป็นที่สังเกตว่ามวลของนิวเคลียสใด ๆ จะน้อยกว่าผลรวมของมวลของนิวเคลียสที่เป็นส่วนประกอบแต่ละตัวซึ่งประกอบกันเป็นก้อน “ การสูญเสีย” ของมวลซึ่งส่งผลให้นิวเคลียสแตกตัวเป็นนิวเคลียสที่เล็กกว่าหรือรวมตัวกันเพื่อก่อให้เกิดนิวเคลียสที่ใหญ่กว่า มวลที่หายไปนี้อาจหายไปในระหว่างกระบวนการในรูปของความร้อนหรือแสง

เมื่อระบบเย็นลงถึงอุณหภูมิปกติและกลับสู่สภาพพื้นดินในแง่ของระดับพลังงานจะมีมวลน้อยลงในระบบ ในกรณีนั้นความร้อนที่ถูกกำจัดออกจะแสดงถึง“ การขาดดุล” ของมวลและความร้อนเองก็ยังคงรักษามวลซึ่งสูญเสียไป (จากมุมมองของระบบเริ่มต้น) มวลนี้ปรากฏในระบบอื่นที่ดูดซับความร้อนและรับพลังงานความร้อน

ประเภทของพลังงานที่มีผลผูกพัน:

การพูดอย่างเคร่งครัดมีพลังงานผูกพันหลายประเภทซึ่งขึ้นอยู่กับสาขาวิชาเฉพาะ เมื่อพูดถึงฟิสิกส์ของอนุภาคพลังงานยึดเหนี่ยวหมายถึงพลังงานที่อะตอมเกิดขึ้นจากการมีปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าและยังเป็นปริมาณของพลังงานที่จำเป็นในการแยกอะตอมออกเป็นนิวเคลียสอิสระ

ในกรณีของการเอาอิเล็กตรอนออกจากอะตอมโมเลกุลหรือไอออนพลังงานที่ต้องการนั้นเรียกว่า "พลังงานจับอิเล็กตรอน" (aka. ionization potential) โดยทั่วไปแล้วพลังงานยึดเหนี่ยวของโปรตอนเดี่ยวหรือนิวตรอนในนิวเคลียสจะมีค่ามากกว่าพลังงานการเกาะกันของอิเล็กตรอนเดี่ยวในอะตอมประมาณล้านเท่า

ในดาราศาสตร์ฟิสิกส์นักวิทยาศาสตร์ใช้คำว่า "พลังงานความโน้มถ่วงผูกพัน" เพื่ออ้างถึงปริมาณของพลังงานที่ใช้ในการดึงวัตถุออกจากกัน (เข้าสู่อินฟินิตี้) โดยแรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียว - เช่นวัตถุดาวฤกษ์ใด ๆ เช่นดาวดาวเคราะห์หรือ ดาวหาง. นอกจากนี้ยังหมายถึงปริมาณพลังงานที่ได้รับการปลดปล่อย (โดยปกติจะอยู่ในรูปแบบของความร้อน) ในระหว่างการเพิ่มของวัตถุเช่นนี้จากวัสดุที่ตกลงมาจากอนันต์

ในที่สุดมีสิ่งที่เรียกว่าพลังงาน "พันธะ" ซึ่งเป็นตัวชี้วัดความแข็งแรงพันธะในพันธะเคมีและยังเป็นปริมาณของพลังงาน (ความร้อน) ที่จะใช้ในการแบ่งสารประกอบทางเคมีลงในอะตอมขององค์ประกอบ โดยพื้นฐานแล้วพลังงานที่มีผลผูกพันเป็นสิ่งที่ผูกจักรวาลของเราไว้ด้วยกัน และเมื่อส่วนต่าง ๆ ของมันแตกสลายมันเป็นปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการเคลื่อนย้าย

การศึกษาพลังงานที่มีผลผูกพันมีการใช้งานมากมายไม่น้อยไปกว่าพลังงานนิวเคลียร์ไฟฟ้าและการผลิตสารเคมี และในอีกไม่กี่ปีข้างหน้ามันจะมีความสำคัญในการพัฒนาฟิวชั่นนิวเคลียร์!

เราได้เขียนบทความมากมายเกี่ยวกับพลังงานผูกพันสำหรับนิตยสารอวกาศ นี่คือรูปแบบอะตอมของ Bohr คืออะไร, แบบจำลองอะตอมของ John Dalton คืออะไร, รูปแบบอะตอมของพลัมพุดดิ้งคืออะไร, มวลอะตอมคืออะไร, และฟิวชั่นนิวเคลียร์ในดาว

หากคุณต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับพลังงานที่มีผลผูกพันให้ตรวจสอบบทความ Hyperphysics เกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์ผูก

นอกจากนี้เรายังได้บันทึกเรื่องราวทั้งหมดของดาราศาสตร์เกี่ยวกับหมายเลขที่สำคัญในจักรวาล ฟังที่นี่ตอนที่ 45: ตัวเลขสำคัญในจักรวาล

แหล่งที่มา: