Noyaux, masse, énergie

I. Equivalence masse-énergie.

1. Défaut de masse.

Les physiciens ont constatée que la masse d’un noyau était moins élevée que la masse de ces constituants, ce qui contredit les lois de conservation que Lavoisier avait proposé.

Pour le noyau d’hélium [pic] :

Masse du noyau : Masse des constituants :

mn = 6,6647 [pic]10-27 kg = 2 mp + 2 mn

= 2 [pic]1,6726 [pic]10-27 + 2 [pic]1,6750 [pic]10-27

= 6,6952 [pic]10-27 kg

Le défaut de masse est égal à Δm = 0,0305 [pic]10-27 kg

Δm = mconstituants – mnoyau = Z.mp + (A – Z).mn - mnoyau

Δm > 0

Une question se pose : mais où donc est passée la masse manquante ?

2. Energie de liaison.

L'énergie de liaison El est l’énergie qu’il faut fournir à un noyau au repos pour le dissocier en ces différents constituants (nucléons).

Ou encore, l’énergie de liaison correspond à l’énergie que les protons et les neutrons doivent céder pour former un noyau.

Il y aurait-il un rapport entre défaut de masse et énergie de liaison ? Posons la question à Monsieur Albert Einstein.

3. Equivalence masse-énergie.

Albert Einstein postula en 1905 le principe d’équivalence masse-énergie.

« Tout corps au repos possède du seul fait de sa masse, une énergie E = mc2 appelée énergie de masse ».

L’énergie E s’exprime en Joule (J) La masse m s’exprime en kilogramme (kg) La célérité de la lumière dans le vide c = 2,9979 [pic]108 m.s-1 c [pic]3,0 [pic]108 m.s-1

Ainsi le défaut de masse obtenu dans le cas du noyau d’hélium correspond à l’énergie de liaison

El = Δm.c2 = 0,0305 [pic]10-27 [pic] (2,9979 [pic]108)2