面对心爱的另一半,你送的是钻戒(C),金戒(Au)还是铁戒(Fe)?——说说结合能的故事

文摘   2024-10-31 08:01   浙江  

核力

原子核由质子和中子构成,例如氦核由两个质子和两个中子构成。我们知道,质子带的是正电荷,氦核中的两个质子由于带上同种电荷会产生相互排斥,让我们来估算一下它们之间的排斥力。原子核的尺寸很小,大约是的数量级,故

对于宏观物体而言,并不是一个很大的力。但对于微观粒子而言,却大得恐怖。质子之间存在这么大的排斥力,原子核为何能够稳定地存在?那一定是存在其它力的作用,那就是核力。

核力是使核子组成原子核的作用力,属于强相互作用力的一类。原子核中有中子、质子,质子是带正电的,所以质子之间会互相排斥。是非常强大的核力将它们吸引在一起,使它们在非常小的区域形成原子核。核力是短程力,只有在原子核尺度上才显现出来。

核力是一种很复杂的相互作用,人们通过多年的实验研究和理论分析,才对它的特性有了比较细致的了解,但仍不完全。

核力是短程力,作用范围在之内。核力在大于时表现为吸引力,且随距离增大而减小,超过时,核力急速下降几乎消失;而在距离小于时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起。

结合能

自由的核子(中子和质子)结合成原子核时会释放能量,将原子核拆分成自由的核子需要同样的能量,这个能量就是结合能。例如,用大于或等于光子照射氘核,可以使其分解为一个质子和一个中子,核反应方程为:

而一个质子和一个中子结合成氘核,会将放出的能量,这个能量会以光子的形式辐射出去,核反应方程为:

结合能与核子数的比值称作这个原子核的平均结合能,或者比结合能。平均结合能越大,则原子核的结合的紧密程度越高,即原子核越稳定。平均结合能与质量数的关系如下图所示。平均结合能最大的元素是铁——

调侃结合能

要拆散一对恋人,需要付出一点钱。当然,并不是随便给一点就行了,需要达到一个临界值,这个临界值就是“结合能”。我们跟这对曾经的恋人签订了一个协议,他们从此不再交往,而我们给他们亿元(结合能),他们每个人能分到千万(平均结合能)。用方程表示为:

后来,这对曾经的恋人突然间醒悟了——金钱不能替代爱情!于是,他们选择复合。可是,我们是和他们是签了协议的,他们要复合,就一定要把那亿元(结合能)给全部吐出来!用方程表示为:

如果是组成家庭,例如父母和两个孩子,他们的稳定程度会比一对恋人的稳定程度要高。也就是说,四口之家的平均结合能比一对恋人的平均结合能要大。

但是,如果家庭太庞大了,变成了家族,维持其稳定性就相对艰难一点了。所以,只要家族成员超过了临界值(临界值会是个人吗?类似于铁——)之后,则稳定性开始缓慢下降。

人数超过更大的临界值,则家族很难维持,这个家族将会自发地破碎——衰变。这个临界值会是吗?(钋的最长半衰期同位素的质量数为

是最稳定的元素。我们一般说人与人之间的关系很牢固,通常会用“老铁”、“铁哥们”来形容,我想这个用词是很恰当的。

碳、金的稳定性明显不如铁,因为它们的平均结合能都比铁要小。所以,为了表达我对爱情的忠贞,我一般不送钻戒(钻石实际上就是碳的一种形态),也不送金戒指,而是送铁戒指。有人反对我:铁最容易变质,即生锈,而钻石是最硬的,还不容易变质,金就更加稳定,除了王水,没多少东西能对付它。我反驳道:你们说的都是化学反应,而化学反应都是外层电子的事情,不管如何反应,内心(原子核)永远不变,哪怕海枯石烂(宇宙末日),我心(核)永恒。

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研数学 习物理
专注于20世纪的各个领域(如代数,数论,代数几何,拓扑学,几何分析等)蓬勃发展的现代数学,也分享20世纪以前的数学和物理…
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