Noyaux, masse et énergie Physique Chimie
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CHAPITRE 5 NOYAUX, MASSE ET ÉNERGIE
1 Équivalence masse-énergie
1. Équivalence masse-énergie
● Einstein a montré que la masse constitue une forme d’énergie appelée énergie de masse. La relation entre la masse (en kg) d’une particule, au repos, et l’énergie (en J) qu’elle possède est :
E = m.c2 , avec c ≈
3,00.108
m.s–1,
vitesse de la lumière dans le vide.
● L’unité d’énergie utilisée en physique nucléaire est l’électron-volt (eV) et ses multiples (keV, MeV, GeV) :
1eV = 1,6.10–19 J .
2. Défaut de masse
La masse d’un noyau est inférieure à la somme des masses des nucléons le constituant.
●
On appelle défaut de masse d’un noyau, la différence entre la masse totale des nucléons séparés au repos et la masse du noyau constitué et au repos. Pour un noyau A X, le défaut de masse est :
Z
●
∆m = (Z.mp + (A-Z).mn) – mx , avec mx : masse du noyau, mp : masse du proton et mn : masse du neutron.
● La formation d’un noyau à partir de ses constituants s’accompagne d’une perte de masse, donc d’une émission d’énergie.
3. Énergie de liaison
● L’énergie de liaison est l’énergie qu’il faut fournir à un noyau au repos pour le dissocier en nucléons isolés et immobiles :
El + mnoyau.c2 = mnucléons.c2 .
● Pour un noyau
A
Z
X : El = mnucléons.c2 – mX.c2 = (Z.mp + (A – Z).mn)c2 – mX.c2.
On a : El = [(Z.mp + (A – Z).mn) – mX]c2, soit El = ∆m.c2 .
L’énergie de liaison est toujours positive.
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4. Énergie de liaison par nucléon
● Pour juger de la stabilité d’un noyau et pour comparer les différents types de noyaux entre eux, il est nécessaire de considérer l’énergie
E
moyenne de liaison par nucléons, soit : l .
A
Cette énergie correspond à l’énergie nécessaire pour arracher un nucléon au noyau.
●
● Un noyau est d’autant plus stable que son énergie de liaison par nucléon