結(jié)合能 - 是由兩個或多個部分組成時所需做的功的大小
結(jié)合能(binding energy)是指當(dāng)一“物體(體系)”是由兩個或多個部分組成時,各組成部分之間一定存在相互吸引力,使它們結(jié)合在一起。如果把各組成部分分開到“無窮遠”處,當(dāng)然需要一定的能量來提供克服有關(guān)吸引力,即需做功。所需做的功的大小,說明各組成部分結(jié)合的緊密程度,稱為該物體的結(jié)合能。
概念解釋
兩個或幾個自由狀態(tài)的粒子結(jié)合在一起時釋放的能量。自由原子結(jié)合為分子時放出的能量叫做化學(xué)結(jié)合能,分散的核子組成原子核時釋放的能量叫做原子核結(jié)合能。原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的,要把其分開,需要能量,此即原子核的結(jié)合能。
不同“物體(體系)”具有不同的結(jié)合能。因此當(dāng)數(shù)個物體發(fā)生反應(yīng)時,總的結(jié)合能可能變化。利用適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)可把改變了的總結(jié)合能釋放出來。如二氧化碳分子是由兩個氧原子和一個碳原子組成的,而氧分子是由兩個氧原子組成的,前者的結(jié)合能較后者更大。這說明碳原子和氧分子反應(yīng)時,各原子間的作用力在反應(yīng)中做功釋放能量。碳在空氣中燃燒,生成二氧化碳時,結(jié)合能以熱能的形式釋放出來。這就是碳燃燒發(fā)熱的基本原理。又如原子核是由核子(中子或質(zhì)子)借助于彼此間很強的相互吸引力(核力)結(jié)合成的,具有很大的結(jié)合能。核內(nèi)每個核子的平均結(jié)合能,叫比結(jié)合能,等于該核的結(jié)合能除以其核子數(shù)。
當(dāng)核的結(jié)合狀態(tài)在某種核反應(yīng)中變得更緊時,就會因為核力的做功而使總結(jié)合能變大,所做的功以核能的形式放出。由于核力比分子內(nèi)原子間的作用力強度大得多,所以同樣質(zhì)量的物質(zhì),在核反應(yīng)中產(chǎn)生的核能比化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的化學(xué)能要大百萬倍以上。
應(yīng)用學(xué)科
電力(一級學(xué)科);核電(二級學(xué)科)。
具體說明
結(jié)合能是幾個粒子從自由狀態(tài)結(jié)合成為一個復(fù)合粒子時所釋放的能量。結(jié)合能數(shù)值越大,分子(原子或原子核)的結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定。
因為幾個粒子單獨的質(zhì)量和要比其結(jié)合成復(fù)合粒子的質(zhì)量要大,產(chǎn)生的質(zhì)量虧損以能量的形式釋放出去,其能量就是結(jié)合能,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,釋放的能量△E=△mc2(c為光速,△m為質(zhì)量虧損)。
原子能夠結(jié)合為晶體的根本原因,在于原子結(jié)合后整個系統(tǒng)具有更低的能量。設(shè)想把分散的原子(離子或分子)結(jié)合成為晶體,在這個過程中,將有一定的能量E釋放出來,即結(jié)合能。如果以分散的原子作為計量內(nèi)能的標準,則E就是結(jié)合成晶體后系統(tǒng)的內(nèi)能。
對于一個氫原子(單個質(zhì)子),結(jié)合能為零,所以會產(chǎn)生核聚變。之后結(jié)合能一直增大,鐵是平均結(jié)合能最大的(所以鐵的原子核最不容易打破),最后平均結(jié)合能逐漸下降總結(jié)合能逐漸上升(因為粒子數(shù)增多)聚變的過程給星體的發(fā)光提供能量,星體燃燒完以后就變成了一個“大鐵球”。
