核變反應中,都說是損失了質量,釋放能量,可是損失的質量在哪?
核聚變中,氘(pn)+氚(pnn)生成氦並放跑一個中子(ppnn----n)。質子沒少,中子也沒少啊?並沒有消失一個中子的情況發生啊?所以消失的質量在哪?
ps:本人非物理專業,就是對這一點比較好奇,各位大佬別怕寫的東西我看不懂,我可以問谷哥度娘。
這個問題涉及到了一個物理學上的一個很常見的物理量-質量(Mass)是什麼?
在最初的普及性科學教育中,質量的描述是描述慣性大小的一個物理量,並且它的本身和牛頓第二定律有緊密聯繫。在牛二定律中 F=ma,加速度a是一個運動學量,他可以通過觀測物體的運動得到,如果你有辦法知道等式左邊力F的大小,便能夠知道物體的質量。
通過物理事實我們得到了一個經驗:一個物體的質量是一個固定的值。這個值不隨外界發生變化!在一個體系裡面,物質不會憑空產生,也不會消失,體系的總質量是守恆的。在早期的化學研究中,通過質量守恆來研究物質是一個常用的手段(例如,化學反應中有氣體析出,反映前的總質量減去反應後器皿中物體的質量就得到了氣體的質量)。
隨著物理學的發展發現,質量守恆是一個低能近似的理論。給一個恆定的力給一個物體加速,物體的速度隨著時間會線性增大,這明顯與實驗結果相矛盾,實驗中觀察到的事實是隨著時間的增長,物體的速度會逐漸趨向一個固定的值 光速c,這意味著物體 加速度a 隨著時間會逐漸趨向於0,或者物體的質量趨向無限大。明顯,我們的理論中某些東西錯了!
愛因斯坦的狹義相對論解決了這個問題,並給出了一個正確的關係 。方程兩邊是等式,意味著 質量 其實和 能量 是一回事!從物理本質上來講,他們是一樣的。
核反應其實比較複雜,為了方便理解,下面先以氫原子為例討論。
氫原子的構成比較簡單,簡單的說可以理解成:1個電子,1個質子;這兩個粒子通過電磁相互作用被束縛在一起。注意一下這裡的 束縛 兩個字,束縛在物理上意味著有個坑(勢能低),粒子想在坑外運動,他的運動的能量必須足夠它跑出坑。束縛態的粒子的能量比自由的粒子的能量要低,對於氫原子來說,氫原子的總能量=電子質量+質子質量+束縛能量。這裡的 束縛能量 是一個負的能量(-13.6 eV, eV是一個能量單位)。如果要想讓氫原子里的電子和質子不再束縛在一起,必須至少給這個氫原子 注入 13.6eV 的能量。如果你去稱量,你會發現 電子的質量+質子的質量 比氫原子質量重了 13.6eV。
現在我們可以簡單的說:質量是被束縛住的能量。
現在物理學發現,質子或中子本身就是一個束縛態,它是 三個夸克(兩個u夸克和一個d夸克)被強相互作用 束縛在一起。一個質子的質量大概是 937 MeV,但是三個夸克的總質量加起來大概只有 10 MeV。這表明構成質子質量的絕大部分是 束縛能量。並且這個束縛能量是 正的,這和氫原子不同。構成質子的 束縛能量 不僅能夠束縛夸克形成核子,它的殘餘作用能夠把質子和中子綁在一起。
回到你的問題,質子和中子一個都沒少,但是把他們綁在一起的 束縛能量 前後不一樣。
這個束縛能量是確確實實構成原子核質量的絕大部分。
既然你已經清楚了,不介意我在嘮叨幾句,拓寬一下吧。
核聚變損失的是氘氚的千分之一量級的能量,物質與反物質接觸湮滅,就是所有的質量。換句話說,核聚變只是消耗了物質的皮,物質反物質湮滅消耗的是物質全部,所以,物質湮滅釋放的能量就是核聚變能量量級的千倍。
你稱一下,氘氚的總質量比中子和氦的總質量大。
但前後總的中子和質子數確實沒變,其實變化的是結合能,反應前一部分結合能轉化成中子和氦的動能了,這部分動能等於反應前後減少的結合能。有些類似化學反應,總原子數不變,產生或者釋放的能量來自於原子間的結合能。
反應前的結合能為什麼以質量形式存在? 這些更底層的問題我也不懂了。等大佬們解釋吧。
我明白了。。原來「質量」不等於「物質」
謝。
你所說的實物粒子(費米子)確實沒有發生變化,然而構成原子除了電子、質子、中子、中微子等這些費米子以外,還有看不見摸不著的傳遞相互作用的玻色子,如膠子、wz玻色子、希格斯玻色子,有動質量和能量。核反應損失的能量,主要是來源於玻色子,數量級並不大。
根據質能轉換方程可以得知
質量可以和能量隨意轉換
聚變散發出的能量其實就是核力的變化
因為核力是能量,所以能量以質量的方式被你檢測到了
聚變是核力變化這個問題是我早期猜想的
然後創建問題得知的,確實是由核力變化產生的質量虧損
消失的質量變成了能量
愛因斯坦的質能方程 E=mc2
E 是能量 m是質量 c是真空光速。而相反 理論上能量也可以轉化為質量 但目前以人類技術是達不到。
質量就是能量,能量就是質量。——愛因斯坦
損失的質量就變成了電 或者光 或者熱 你家裡燒的煤燒完質量肯定變少了嗎,那點質量就變成了光和熱
你都知道核能可以發電了(向外做功),那消失的質量去了哪呢? 核聚變核裂變都涉及一條質能方程。那質能方程的「質」和「能」指什麼呢?
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