Jafngildi massa og orku

Jafngildi massa og orku segir að hvíldarmassi sé hluti af orkuforða kerfis. Fyrir kerfi í hvíld er E₀=mc². Í kjarnahvörfum geta örlitlar breytingar á hvíldarmassa því samsvarað mælanlegum orkum í MeV.

Hvíldarorka er ekki öll relativísk orka

E₀=mc² er hvíldarorkusambandið. Fyrir ögn á hreyfingu gildir E²=(pc)²+(mc²)².

Þess vegna verður að varðveita bæði heildarorku og heildarskriðþunga í kjarnahvarfi. Það er ófullnægjandi að bera saman massa án þess að hugsa um hreyfiorku lokaeindanna.

Hvíldarorka er ekki öll relativísk orkaΔmΔEΔE = Δmc²
Hvíldarorka er ekki öll relativísk orka — E₀=mc² er hvíldarorkusambandið. Fyrir ögn á hreyfingu gildir E²=(pc)²+(mc²)² .

Atómmassaeining tengist beint MeV-kvarðanum

Ein u samsvarar um 931,5 MeV/c². Massamunur Δm í u gefur því orkuna ΔE≈Δm×931,5 MeV.

Þetta er sérstaklega hentugt þegar samsætumassar eru þekktir með mikilli nákvæmni.

Massa–orku breytir

Q-gildi ber saman heildarupphafs- og lokaástand

Q=(m_fyrir−m_eftir)c². Q>0 merkir að munurinn getur komið fram sem hreyfiorka eða geislun; Q<0 merkir að að minnsta kosti samsvarandi orka þarf að koma inn.

Nota þarf atómmassa eða kjarnamassa samkvæmlega. Rafeindafjöldi sem fellur ekki niður getur annars breytt niðurstöðu.

Q-gildi ber saman heildarupphafs- og lokaástandbreytasvörunQ = Δmc²eðlisfræðilegt samband
Q-gildi ber saman heildarupphafs- og lokaástand — Q=(m_fyrir−m_eftir)c² . Q>0 merkir að munurinn getur komið fram sem hreyfiorka eða geislun; Q<0 merkir að að minnsta kosti samsvarandi orka þarf að koma inn.

Massagalli og bindiorka eru skyld hugtök

Massi bundins kjarna er minni en massi frjálsra kjarnagna hans. Orkan sem samsvarar þeim mun er bindiorka.

Q-gildi er þó ekki einfaldlega „bindiorka eins kjarna“ heldur orkumunur allra upphafs- og lokaafurða samanlagt.

Leyst dæmi

1. Massamunur í u

Δm=0,0020 u.

Lausn

ΔE≈1,86 MeV.

2. Massi í kg

Δm=1,0×10⁻¹² kg.

Lausn

ΔE≈9,0×10⁴ J.

3. Neikvætt Q

Lokaafurðir eru 0,0050 u þyngri.

Lausn

Q≈−4,66 MeV.

Jákvætt Q segir aðeins að ferlið sé orkulega mögulegt. Hraði þess og líkur ráðast einnig af hindrunum, samhverfum og öðrum skammtafræðilegum valreglum. Þegar nokkrar lokaagnir myndast deilist tiltæk orka milli hreyfiorku, geislunar og mögulegrar örvunar þannig að skriðþungi varðveitist.

Kjarnareikningar eru viðkvæmir fyrir skilgreiningum og því hvaða eindir tilheyra upphafs- og lokaástandi. Massatalan A er heiltala sem telur kjarnagnir en töflugildi atómmassa er mældur massi sem inniheldur líka rafeindir. Því má ekki blanda atómmassa og massa berra kjarna án leiðréttingar. Öruggast er að skrifa alla umbreytinguna fyrst, athuga A, Z og rafhleðslu og gera síðan massa- og orkureikning. Jákvætt Q-gildi segir að lokaástand sé orkulega mögulegt en segir ekki eitt og sér hversu hratt ferlið gerist. Skammtagöng, veika víxlverkunin, rafsegulvalreglur og tiltæk örvunarástand ráða líkum. Mælda geislun og helmingunartíma þarf því að túlka með varðveislulögmálum, ekki í stað þeirra.