solitude33
Massendefekt
Könnte mir, in kurzen Worten, jemand den nuklearen Massendefekt erklären?
Ich habe ein Referat darüber auszuarbeiten, stoße aber immer wieder auf Ungereimtheiten.
LG solitute
Ich habe ein Referat darüber auszuarbeiten, stoße aber immer wieder auf Ungereimtheiten.
LG solitute
Antworten (10)
Kürzer geht es leider nicht, bei Matthew wäre es viermal so lang.
Massendefekt und Bindungsenergie
Wie stark die Kernteilchen im Kern zusammengehalten werden, lässt sich berechnen. Das ist am einfachsten am Kern des Heliumatoms darzustellen. Er besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen. Die Masse des Kerns müsste sich eigentlich aus zwei Protonenmassen und zwei Neutronenmassen ergeben.
2 · mp = 2 · 1,67265 · 10-27 kg = 3,34530 · 10-27 kg
2 · mn = 2 · 1,67495 · 10-27 kg = 3,34990 · 10-27 kg
________________
m2p+2n = 6,69520 · 10-27 kg
Sehr genaue Massenbestimmungen des Heliumkerns haben aber ergeben, dass seine Masse mHe = 6,6448 · 10-27 kg beträgt. Die Masse des Heliumkerns ist also um 0,0504 · 10-27 kg geringer als die Summe der Massen der einzeln existierenden Teilchen. Dieser Verlust macht etwa 0,8 % aus.
Der Massenverlust kommt dadurch zustande, dass beim Zusammenschluss von Protonen und Neutronen zu einem Kern ein kleiner Teil ihrer Massen in Energie umgewandelt wird. Diese Energie wird in Form einer unsichtbaren energiereichen Lichtart (Gammaquanten) abgestrahlt und tritt auch z. T. als Bewegungsenergie des entstandenen Kerns auf.
Würde der Heliumkern wieder in seine Bestandteile zerlegt werden, müsste genau die verloren gegangene Energie dem Kern wieder zugeführt werden. Der Massenverlust (und damit die abgegebene Energie) ist also für das Zusammenhalten der Kernteilchen verantwortlich.
Je größer bei einer Kernentstehung der Massenverlust (und damit die Energieabgabe) ist, desto fester sind die Kernteilchen aneinander gebunden. Man nennt diese Energie deshalb auch Bindungsenergie.
Genaue Messungen haben ergeben, dass die Bindungsenergie pro Kernteilchen bei den Kernen der einzelnen Elemente bzw. deren Isotopen unterschiedlich ist. Abgesehen von den sehr leichten Atomkernen liegt die Bindungsenergie je Nukleon zwischen 7 MeV und fast 9 MeV. Die Energie, mit der die äußeren Elektronen der Atomhülle gebunden sind, liegt dagegen nur bei 2 bis 3 eV.
Die mittlere Bindungsenergie je Nukleon hat bei Kernen mit den Massenzahlen 40 bis 100 (z. B. Fe-57, Kr-87) ihren höchsten Wert und nimmt zu den leichteren und den schwereren Kernen hin ab. Für die Nutzung der Kernbindungsenergie stehen also grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Verfügung:
Es werden sehr leichte Kerne (z. B. Deuterium und Tritium) miteinander verschmolzen. Daraus entstehen dann schwerere Kerne, deren Kernteilchen stärker aneinander gebunden sind. Das ist nur durch einen weiteren Massenverlust bzw. eine Energieabgabe zu erreichen. Nach diesem Prinzip arbeiten die Energiefreisetzung im Innern der Sonne, der Fusionsreaktor und die Wasserstoffbombe.
Schwere Kerne werden in mittelschwere gespalten. Da die Bindungsenergie je Nukleon bei mittelschweren Kernen größer ist als bei schweren Kernen, tritt auch dabei Massenverlust bzw. Energiefreisetzung auf. Auf diesem Prinzip beruht die Energiegewinnung in Kernkraftwerken und bei Atombomben.
Dass die Bindung der Nukleonen bei den schweren Kernen lockerer wird, ist darauf zurückzuführen, dass bei Vergrößerung der Nukleonenzahl die Kernkräfte insgesamt zwar zunehmen, aber eben nur zwischen den benachbarten Teilchen wirken. Die abstoßenden Kräfte zwischen den Protonen nehmen ebenfalls zu, sie wirken aber zwischen allen Protonen. Dadurch wird der Zusammenhalt zwischen den Kernteilchen wieder etwas gelockert. Von einer bestimmten Protonenzahl an sind die Kerne nicht mehr stabil, sondern instabil (radioaktiv).
Massendefekt und Bindungsenergie
Wie stark die Kernteilchen im Kern zusammengehalten werden, lässt sich berechnen. Das ist am einfachsten am Kern des Heliumatoms darzustellen. Er besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen. Die Masse des Kerns müsste sich eigentlich aus zwei Protonenmassen und zwei Neutronenmassen ergeben.
2 · mp = 2 · 1,67265 · 10-27 kg = 3,34530 · 10-27 kg
2 · mn = 2 · 1,67495 · 10-27 kg = 3,34990 · 10-27 kg
________________
m2p+2n = 6,69520 · 10-27 kg
Sehr genaue Massenbestimmungen des Heliumkerns haben aber ergeben, dass seine Masse mHe = 6,6448 · 10-27 kg beträgt. Die Masse des Heliumkerns ist also um 0,0504 · 10-27 kg geringer als die Summe der Massen der einzeln existierenden Teilchen. Dieser Verlust macht etwa 0,8 % aus.
Der Massenverlust kommt dadurch zustande, dass beim Zusammenschluss von Protonen und Neutronen zu einem Kern ein kleiner Teil ihrer Massen in Energie umgewandelt wird. Diese Energie wird in Form einer unsichtbaren energiereichen Lichtart (Gammaquanten) abgestrahlt und tritt auch z. T. als Bewegungsenergie des entstandenen Kerns auf.
Würde der Heliumkern wieder in seine Bestandteile zerlegt werden, müsste genau die verloren gegangene Energie dem Kern wieder zugeführt werden. Der Massenverlust (und damit die abgegebene Energie) ist also für das Zusammenhalten der Kernteilchen verantwortlich.
Je größer bei einer Kernentstehung der Massenverlust (und damit die Energieabgabe) ist, desto fester sind die Kernteilchen aneinander gebunden. Man nennt diese Energie deshalb auch Bindungsenergie.
Genaue Messungen haben ergeben, dass die Bindungsenergie pro Kernteilchen bei den Kernen der einzelnen Elemente bzw. deren Isotopen unterschiedlich ist. Abgesehen von den sehr leichten Atomkernen liegt die Bindungsenergie je Nukleon zwischen 7 MeV und fast 9 MeV. Die Energie, mit der die äußeren Elektronen der Atomhülle gebunden sind, liegt dagegen nur bei 2 bis 3 eV.
Die mittlere Bindungsenergie je Nukleon hat bei Kernen mit den Massenzahlen 40 bis 100 (z. B. Fe-57, Kr-87) ihren höchsten Wert und nimmt zu den leichteren und den schwereren Kernen hin ab. Für die Nutzung der Kernbindungsenergie stehen also grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Verfügung:
Es werden sehr leichte Kerne (z. B. Deuterium und Tritium) miteinander verschmolzen. Daraus entstehen dann schwerere Kerne, deren Kernteilchen stärker aneinander gebunden sind. Das ist nur durch einen weiteren Massenverlust bzw. eine Energieabgabe zu erreichen. Nach diesem Prinzip arbeiten die Energiefreisetzung im Innern der Sonne, der Fusionsreaktor und die Wasserstoffbombe.
Schwere Kerne werden in mittelschwere gespalten. Da die Bindungsenergie je Nukleon bei mittelschweren Kernen größer ist als bei schweren Kernen, tritt auch dabei Massenverlust bzw. Energiefreisetzung auf. Auf diesem Prinzip beruht die Energiegewinnung in Kernkraftwerken und bei Atombomben.
Dass die Bindung der Nukleonen bei den schweren Kernen lockerer wird, ist darauf zurückzuführen, dass bei Vergrößerung der Nukleonenzahl die Kernkräfte insgesamt zwar zunehmen, aber eben nur zwischen den benachbarten Teilchen wirken. Die abstoßenden Kräfte zwischen den Protonen nehmen ebenfalls zu, sie wirken aber zwischen allen Protonen. Dadurch wird der Zusammenhalt zwischen den Kernteilchen wieder etwas gelockert. Von einer bestimmten Protonenzahl an sind die Kerne nicht mehr stabil, sondern instabil (radioaktiv).
Deho, Danke für die Ausführung, aber ich hatte doch nach
einer Erklärung in kurzen, prekanten Worten gebeten, welche auch meine Schüler, deren mentales Niveau sich auf der Ebene eines allseits bekannten Pseudoaustraliers (Paule) befindet, verarbeiten könnten.
einer Erklärung in kurzen, prekanten Worten gebeten, welche auch meine Schüler, deren mentales Niveau sich auf der Ebene eines allseits bekannten Pseudoaustraliers (Paule) befindet, verarbeiten könnten.
Muss man denn wirklich alles selber machen?
Wenn sich Protonen und Neutronen zu einem Atomkern vereinigen, verringert sich die Gesamtmasse, weil ein Teil davon in Enegie umgewandelt wird.
Wenn sich Protonen und Neutronen zu einem Atomkern vereinigen, verringert sich die Gesamtmasse, weil ein Teil davon in Enegie umgewandelt wird.
Das is für Suffkopp Paule nicht ausreichend vereinfacht.
Für den passt es so:
Wenn sich zwei Dingens vermanschen, pufft was Heißes raus und das fehlt nachher an den Dingens.
Für den passt es so:
Wenn sich zwei Dingens vermanschen, pufft was Heißes raus und das fehlt nachher an den Dingens.
Deho und Puzzone, mir fehlen die Worte ob eurer Weisheit.
Stimme ich zu. Aber lass deinen Enkel sein Referat doch allein machen. Der bekommt das schon hin.
Stechus hat wie immer ...
ich finde man sollte zum Thema Massendefekt irgendwie auch noch Einstein und Kernfusion als Buzzworte einbringen in die Kurzfassung.
und blockchain
Die Version für den Kindergarten:
Man stelle einen Teig aus Mehl, Hefe und etwas Wasser her. Der Teig wiegt 50 Gramm! Dann forme man so etwas wie eine Kugel. Diese wird in einem Ofen zum Brötchen gebacken. Nach dem Backvorgang wiegt das Brötchen 48 Gramm! 2 Gramm fehlen. Die Ursache für das abweichende Gewicht: Es ist Wasser verdunstet. Und beim Atom ist es ähnlich. Da gibt es einen Blitz. Aber keine Angst - den kann man nicht sehen. Und es donnert auch nicht.
Ernsthaft: Man muss schon wissen, welchem geneigtem Publikum man gegenüber steht.
Man stelle einen Teig aus Mehl, Hefe und etwas Wasser her. Der Teig wiegt 50 Gramm! Dann forme man so etwas wie eine Kugel. Diese wird in einem Ofen zum Brötchen gebacken. Nach dem Backvorgang wiegt das Brötchen 48 Gramm! 2 Gramm fehlen. Die Ursache für das abweichende Gewicht: Es ist Wasser verdunstet. Und beim Atom ist es ähnlich. Da gibt es einen Blitz. Aber keine Angst - den kann man nicht sehen. Und es donnert auch nicht.
Ernsthaft: Man muss schon wissen, welchem geneigtem Publikum man gegenüber steht.