Ce qui rend l’énergie de liaison nucléaire tellement plus forte que l’énergie chimique

user51921

Ce qui rend l’énergie de liaison nucléaire tellement plus forte que l’énergie chimique


La force puissante agissant entre les quarks et chargée de maintenir les protons ensemble est 100 fois plus forte que la force électromagnétique. Comment se fait-il que l’énergie de liaison nucléaire dérivée de la force forte soit des millions de fois plus forte que l’énergie chimique. (plutôt que 100 fois)

jhobbie

Demandez-vous ce qui rend une force plus forte qu’une autre force? Ou dites-vous, pourquoi la force électromagnétique ne sépare-t-elle pas les atomes?

user51921

Je veux dire pourquoi l’énergie nucléaire est-elle si importante alors que les forces impliquées ne sont « que » 100 fois plus fortes que la force électromagnétique

Nikos M.

cela me rappelle le « conflit » sur « vis viva » et l’élan (l’un est quadratique en vitesse, l’autre est linéaire). D’Alembert (contributeur) a clarifié le problème en précisant comment chacun est appliqué ( wikipedia )

Réponses


 Rob

Dans les deux cas, l’énergie potentielle pour deux charges unitaires en interaction est

U=αcr


La force forte se situe entre les charges de couleur et a

α1

, Tandis que l’interaction électrique est comprise entre charges électriques et a

α1/137

.

Cependant, les gluons, qui portent la force de la couleur, sont euxmêmes chargés. Cela signifie que l’énergie d’interaction entre les charges de couleur éloignées est dominée par les auto-interactions entre les gluons qui vont et viennent entre eux. Cela donne un confinement des couleurs, ce qui signifie que la force de couleur ne se produit qu’entre des charges de couleur qui se trouvent être très rapprochées – 

r

est petit, donc

U

est large.

Je ne suis pas sûr qu’il ne soit pas tout à fait correct de comparer directement la force de couleur entre les quarks à l’interaction électrique entre un noyau et ses électrons. Le degré de liberté le plus important à l’intérieur du noyau est le pion, qui a un potentiel Yukawa et (je suppose probablement) une constante de couplage différente. Cependant, si vous notez qu’un rayon nucléaire est généralement un facteur de

dix5

plus petit qu’un rayon atomique, et que le

αs

et

αem

diffèrent par un facteur de 100, vous obtenez un rapport d’énergie d’environ

dix7

. Cela vous fait passer de sous-eV à quelques MeV, ce qui a la bonne échelle.


 Anna v

Les forces chimiques sont le résultat des moments d’ordre supérieur, principalement du champ électrique, des atomes neutres. Regardez ces orbitales :

orbitales

Les cinq orbitales d sous forme ψ (x, y, z) 2, avec un diagramme combiné montrant comment elles s’emboîtent pour remplir l’espace autour d’un noyau atomique.

Ces formes anisotropes dans l’espace permettent un débordement sur des champs attractifs et répulsifs appelés collectivement forces de Wan der Waals. , débordent des forces des champs électriques combinés des électrons et du noyau.

De même, la force nucléaire entre les protons et les neutrons dans le noyau est un débordement de la force forte telle qu’elle apparaît dans la « géométrie » de chaque noyau. Comme la force forte est confinée aux couleurs, comme rob le décrit dans sa réponse, ces forces ne dépassent pas les distances fermi qui caractérisent la taille des nucléons. Ils sont encore dus aux échanges de gluons et ceux-ci sont très confinants.

Comment se fait-il que l’énergie de liaison nucléaire dérivée de la force forte soit des millions de fois plus forte que l’énergie chimique. (plutôt que 100 fois)

Dans cet article, l’énergie des forces intermoléculaires dues aux forces VdW est estimée à 1 / r ^ 6, r distance entre les molécules. Je n’ai pas d’estimation fonctionnelle pour les forces de débordement des interactions fortes, mais il est évident que la distance inter-nucléon, de l’ordre des fermi, jouera un rôle correspondant. La différence dans les dimensions des orbitales atomiques et des dimensions du noyau permet la grande différence dans les énergies manifestées comme chimiques et nucléaires, surmontant les facteurs provenant des constantes de couplage juste par « géométrie ».

 

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