请问,为什么核聚变和裂变,都是放出能量呢?
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解决时间 2021-02-01 11:13
- 提问者网友:咪咪
- 2021-01-31 14:01
我能理解如果原子核断裂开,能释放出一定能量。但是组合到一起,不是应该吸热吗?而且书上有一句话是这样写的:聚变后比结合能增加,因此反应中会释放能量?这不前后矛盾吗? 请问这是怎么回事?我又是哪里理解错了?感恩!
最佳答案
- 五星知识达人网友:低血压的长颈鹿
- 2021-01-31 14:10
您理解错误的关键在于混淆了原子核变为新的反应产物原子核和原子核变为单个核子是两个不同的过程。聚变是轻核变为较重的核,而不是单个核子结合成原子核,聚变前的轻核本身也具有结合能。详细看下边的解释,有问题欢迎追问。
从结合能(Binding Energy)的概念讲起。首先,原子核的质量总是小于组成其核子(质子和/或中子)质量的总和,于是当单个的核子形成原子核后就会产生质量亏损,放出能量;相反,将原子核拆散成单个核子就要输入能量,这个能量就称为结合能。结合能反应的并不只是把核拆散成单个核子这一过程,它是原子核自身所具有的属性。于是,核素的结合能越高,表明其由单个核子组合成原子核时的质量亏损越大。
以上讲到的是假设将原子核拆散成单个核子的过程。对于一种核素转化成另一种核素是什么样的情况呢?借用结合能概念,将一种核素的几个原子核转化成另外一种核素的几个原子核的任一过程,只要转化后新核素原子核的总结合能升高了,就表明转化过程中发生了质量亏损,即有质量转化成了能量。
但是,核素的核子数不同时不好计算总的结合能变化。那么我们可以把总结合能平均到每个核子,当某核素的原子核具有n个核子,其结合能为E时,把E/n定义叫“比结合能”。同样道理,当核反应之后形成的新核比结合能升高了,就表明转化过程中有质量亏损,放出了能量。
在自然界中,元素的比结合能随质量数呈现出先升高后降低的趋势,使比结合能达到最高点的元素的核子数量在铁附近(百度“比结合能曲线”)。那么无论是比铁轻的元素还是比铁重的元素,只要其核反应之后生成的新核离铁近了,就表明比结合能升高了,就表明放出了能量。于是,裂变与聚变就都会放出能量。再补充个问题,为什么裂变通常使用铀元素,聚变使用氢的同位素呢?因为不同的元素使其发生聚变或裂变的容易程度不一样。铀、钚是比较容易发生裂变的元素,所以核电站或原子弹都使用铀或钚来作为燃料。
回到您的问题,核反应之后究竟是吸收能力还是释放能量,关键在于反应前后的核的结合能的变化,结合能的变化其实就反应了质量亏损。不管是裂变还是聚变,反应产物的结合能比反应前都有升高,就是说这一过程其实是发生了质量亏损的,所以放出了能量。
从结合能(Binding Energy)的概念讲起。首先,原子核的质量总是小于组成其核子(质子和/或中子)质量的总和,于是当单个的核子形成原子核后就会产生质量亏损,放出能量;相反,将原子核拆散成单个核子就要输入能量,这个能量就称为结合能。结合能反应的并不只是把核拆散成单个核子这一过程,它是原子核自身所具有的属性。于是,核素的结合能越高,表明其由单个核子组合成原子核时的质量亏损越大。
以上讲到的是假设将原子核拆散成单个核子的过程。对于一种核素转化成另一种核素是什么样的情况呢?借用结合能概念,将一种核素的几个原子核转化成另外一种核素的几个原子核的任一过程,只要转化后新核素原子核的总结合能升高了,就表明转化过程中发生了质量亏损,即有质量转化成了能量。
但是,核素的核子数不同时不好计算总的结合能变化。那么我们可以把总结合能平均到每个核子,当某核素的原子核具有n个核子,其结合能为E时,把E/n定义叫“比结合能”。同样道理,当核反应之后形成的新核比结合能升高了,就表明转化过程中有质量亏损,放出了能量。
在自然界中,元素的比结合能随质量数呈现出先升高后降低的趋势,使比结合能达到最高点的元素的核子数量在铁附近(百度“比结合能曲线”)。那么无论是比铁轻的元素还是比铁重的元素,只要其核反应之后生成的新核离铁近了,就表明比结合能升高了,就表明放出了能量。于是,裂变与聚变就都会放出能量。再补充个问题,为什么裂变通常使用铀元素,聚变使用氢的同位素呢?因为不同的元素使其发生聚变或裂变的容易程度不一样。铀、钚是比较容易发生裂变的元素,所以核电站或原子弹都使用铀或钚来作为燃料。
回到您的问题,核反应之后究竟是吸收能力还是释放能量,关键在于反应前后的核的结合能的变化,结合能的变化其实就反应了质量亏损。不管是裂变还是聚变,反应产物的结合能比反应前都有升高,就是说这一过程其实是发生了质量亏损的,所以放出了能量。
全部回答
- 1楼网友:怀裏藏嬌
- 2021-01-31 15:53
核聚变和核裂变是核能释放的不同方式,放出能量的多少取决于核变前后质量亏损,即核变前原子核质量与核变后原子核质量的差。其基本原理是爱因斯坦的质能方程: e=mc^2 核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核,核裂变是一个重原子核裂变为两个或两个以上的轻核,在聚变或裂变时都会有质量亏损,减少的质量都以能量的形式释放出来。 核聚变产生的能量比核裂变要多得多,是因为在相同质量的原子核在发生核聚变时,会有较多的质量亏损所以释放的能量也较多。 但是核聚变要在上亿度高温下才可以反应,这是为聚变时要将原子核外电子完全电离,且原子核都是带正电的,两个核在聚合为一个重核时,所需的能量要比一个核裂变要多的多。只有在上亿度高温下原子核才能获得足够的能量聚合在一起。 好多年不看物理书了,这些都是原来在中学时学的一些内容,大部分都还给老师了,还剩一些。希望能让大家满意。
- 2楼网友:行雁书
- 2021-01-31 15:17
根据爱因斯坦质能方程E=mc^2;
原子核发生聚变时,有一部分质量转化为能量释放出来。
只要微量的质量就可以转化成很大的能量。
两个氢的原子核相碰,可以形成一个原子核并释放出能量,这就是聚变反应,在这种反应中所释放的能量称聚变能。
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