Hiç bir parça odun parçasına bakıp kendinize, “işte, bu şeyi ayırmak için ne kadar enerji gerektiğini merak ediyorum” dediniz mi? Şansınız yok, hayır, az insan var. Ancak fizikçiler için, bir şeyi bileşen parçalarına ayırmak için ne kadar enerjiye ihtiyaç olduğunu sormak aslında oldukça önemli bir sorudur.
Fizik alanında, bağlanma enerjisi veya bir atomu ayrı parçalarına ayırmak için gereken mekanik enerji miktarı olarak bilinir. Bu kavram, bilim adamları tarafından atom seviyesi, nükleer seviye ve astrofizik ve kimyada bulunan birçok farklı seviyede kullanılmaktadır.
Nükleer Kuvvet:
Temel kimyasını veya fiziğini hatırlayan herkesin bildiği gibi, atomlar nükleonlar olarak bilinen atom altı parçacıklardan oluşur. Bunlar, merkezde (çekirdekte) düzenlenmiş pozitif yüklü parçacıklar (protonlar) ve nötr parçacıklardan (nötronlar) oluşur. Bunlar, çekirdeğin yörüngesinde bulunan ve farklı enerji seviyelerinde düzenlenmiş elektronlarla çevrilidir.
Temel olarak farklı yükleri olan atomaltı parçacıkların birbirine bu kadar yakın olabilmelerinin nedeni, atomaltı parçacıkların kısa mesafelerden çekilmesine izin veren temel bir güç olan Güçlü Nükleer Kuvvet'in varlığıdır. Parçacıkların birbirini itmesine neden olan itici kuvvete (Coulomb Gücü olarak bilinir) karşı koyan bu kuvvettir.
Bu nedenle, çekirdeği aynı sayıda serbest bağlanmamış nötron ve protona bölmek için yapılan herhangi bir girişim - böylece güçlü nükleer kuvvetin artık parçacıkların etkileşmesine neden olamayacak kadar birbirinden yeterince uzak / uzak olmaları - kırmak için yeterli enerjiye ihtiyaç duyacaktır. bu nükleer bağlar.
Dolayısıyla, bağlanma enerjisi sadece güçlü nükleer kuvvet bağlarını kırmak için gereken enerji miktarı değil, aynı zamanda nükleonları bir arada tutan bağların gücünün bir ölçüsüdür.
Nükleer Fisyon ve Füzyon:
Nükleonları ayırmak için, çekirdeğe enerji verilmelidir, bu da genellikle çekirdeği yüksek enerji parçacıkları ile bombardımana sokarak gerçekleştirilir. Ağır atom çekirdeklerinin (uranyum veya plütonyum atomları gibi) protonlarla bombardımana uğraması durumunda, bu nükleer fisyon olarak bilinir.
Bununla birlikte, bağlanma enerjisi, ışık çekirdeklerinin (hidrojen atomları gibi) birlikte yüksek enerji durumlarında birbirine bağlandığı nükleer füzyonda da rol oynar. Hafif çekirdekler sigortası olduğunda veya ağır çekirdekler ayrıldığında ürünler için bağlanma enerjisi daha yüksekse, bu işlemlerden herhangi biri “ekstra” bağlanma enerjisinin serbest bırakılmasına neden olacaktır. Bu enerjiye nükleer enerji veya gevşekçe nükleer enerji denir.
Herhangi bir çekirdeğin kütlesinin her zaman onu oluşturan bireysel nükleonların kütlelerinin toplamından daha az olduğu gözlenir. Nükleonlar daha küçük çekirdek oluşturmak üzere ayrıldığında veya daha büyük bir çekirdek oluşturmak üzere birleştiğinde ortaya çıkan kütle “kaybı” da bağlanma enerjisine atfedilir. Bu eksik kütle, işlem sırasında ısı veya ışık şeklinde kaybolabilir.
Sistem normal sıcaklıklara soğuduktan ve enerji seviyeleri açısından zemin durumuna döndüğünde, sistemde daha az kütle kalmaktadır. Bu durumda, çıkarılan ısı tam olarak kütle “açığını” temsil eder ve ısının kendisi, kaybedilen kütleyi korur (başlangıç sisteminin bakış açısından). Bu kütle, ısıyı emen ve termal enerji kazanan başka herhangi bir sistemde ortaya çıkar.
Bağlanma Enerjisi Türleri:
Kesin olarak, belirli bir çalışma alanına dayanan birkaç farklı bağlanma enerjisi vardır. Parçacık fiziği söz konusu olduğunda, bağlanma enerjisi bir atomun elektromanyetik etkileşimden elde ettiği enerjiyi ifade eder ve aynı zamanda bir atomu serbest nükleonlara ayırmak için gereken enerji miktarıdır.
Bir atom, bir molekül veya bir iyondan elektronların çıkarılması durumunda, gereken enerji “elektron bağlama enerjisi” (iyonizasyon potansiyeli) olarak bilinir. Genel olarak, bir çekirdekteki tek bir protonun veya nötronun bağlanma enerjisi, bir atomdaki tek bir elektronun bağlanma enerjisinden yaklaşık bir milyon kat daha fazladır.
Astrofizikte bilim adamları, yalnızca yerçekimi ile bir arada tutulan bir nesneyi (yani bir yıldız, gezegen veya yıldız gibi herhangi bir yıldız nesneyi) ayırmak için alacağı enerji miktarını ifade etmek için “yerçekimi bağlama enerjisi” terimini kullanırlar. kuyruklu yıldız. Aynı zamanda, böyle bir nesnenin sonsuzdan düşen malzemeden birikmesi sırasında (genellikle ısı şeklinde) serbest bırakılan enerji miktarını da ifade eder.
Son olarak, kimyasal bağlardaki bağlanma gücünün bir ölçüsü olan “bağ” enerjisi olarak bilinen ve kimyasal bir bileşiği kendi oluşturucu atomlarına ayırmak için gereken enerji (ısı) miktarı da vardır. Temel olarak, bağlanma enerjisi Evrenimizi birbirine bağlayan şeydir. Ve çeşitli kısımları parçalandığında, onu gerçekleştirmek için gereken enerji miktarıdır.
Bağlayıcı enerji çalışmasının, en azından nükleer güç, elektrik ve kimyasal üretim değil, çok sayıda uygulaması vardır. Ve önümüzdeki yıllarda ve on yıllarda, nükleer füzyonun gelişiminde içsel olacak!
Space Magazine için bağlayıcı enerji hakkında birçok makale yazdık. İşte Bohr’un Atom Modeli Nedir ?, John Dalton’un Atom Modeli nedir ?, Erik Pudingi Atom Modeli nedir ?, Atom Kütlesi Nedir? Ve Yıldızlarda Nükleer Füzyon.
Bağlanma enerjisi hakkında daha fazla bilgi edinmek isterseniz, Nükleer Bağlanma Enerjisi hakkındaki Hiperfizik makalesine göz atın.
Ayrıca, Evrendeki Önemli Sayılar hakkındaki tüm bir Astronomi Oyuncusu bölümünü de kaydettik. Burada dinle, Bölüm 45: Evrendeki Önemli Sayılar.
Kaynaklar:
- Vikipedi - Bağlayıcı Enerji
- Hiperfizik - Nükleer Bağlanma Enerjisi
- Avrupa Nükleer Derneği - Bağlayıcı Enerji
- Ansiklopedi Britannica - Bağlayıcı Enerji
