Masse et énergie. Réactions nucléaires I. Equivalence masse énergie
1. Relation d'Einstein
En 1905, en élaborant la théorie de la relativité restreinte, Einstein postule que la masse est une des formes que peut prendre l'énergie.
Postulat d'Einstein: Un système de masse m possède lorsqu'il est au repos, une énergie: E = m.c2 | | avec | | E: énergie du système en joules (J) | | | | m: masse du système en kilogrammes (kg) | | | | c: vitesse de la lumière dans le vide (c=3,0.108m.s-1) |
Conséquence: Si le système (au repos) échange de l'énergie avec le milieu extérieur, (par rayonnement ou par transfert thermique par exemple), sa variation d'énergie E et sa variation de masse m sont liées par la relation: E = m.c2 |
Remarque:
* Si m<0 alors E<0: le système fournit de l'énergie au milieu extérieur. * Si m>0 alors E>0: le système reçoit de l'énergie du milieu extérieur.
2. Unités de masse et d'énergie
Le joule est une unité d'énergie inadaptée à l'échelle microscopique. On utilise plutôt à cette échelle l'électron volt (noté eV): 1 eV= 1,60.10-19 J |
Remarque: On utilise aussi le MeV: 1MeV = 106eV = 1,60.10-13J.
A cette échelle, il est possible d'utiliser comme unité de masse l'unité de masse atomique (notée u). L'unité de masse atomique est définie comme étant égale au douzième de la masse d'un atome de carbone . 1 u | = | M() | | | | | | 12.NA | | => | 1 u | = | 12,0.10-3 | | | | | | 12 x 6,02.1023 | | | | | | => | 1 u = 1,67.10-27kg | | | | |
II. Énergie de liaison du noyau
1. Défaut de masse du noyau
Expérimentalement, on a constaté que la masse du noyau atomique est inférieure à la somme des masses des nucléons qui le constituent. Dans le cas d'un noyau , en notant mp la masse du proton et mn la masse du neutron, on peut écrire: mnoyau < Z.mp + (A - Z).mn. On pose: | | | m = Z.mp + (A - Z).mn -