Exemplo dunha pregunta de física sobre o núcleo das reaccións de fusión, a enerxía de enlace atómica

9 exemplos de preguntas de física nuclear sobre reaccións de fusión e enerxía de enlace atómica

1. Observa a seguinte reacción de fusión nuclear:
₁H² + ₁H³ → ₂He⁴ + ₀n¹ +E
Se a masa ₁H² = 2,014 uma, masa ₁H³ = 3,016 uma, masa da partícula α = 4,0026 uma e masa do neutrón = 1,0084 uma, entón a enerxía producida é…. (1 uma é equivalente a 931 MeV)
A. 18,62 MeV
B. 17,69 MeV
C. 16,76 MeV
D. 15,73 MeV
E. 14,89 MeV
Discusión
Masa de reactivos e produtos:
Masa do reactivo (m_reactivos) = 2,014 sma + 3,016 sma = 5,03 sma
Masa do produto (m_produto) = 4,0026 sma + 1,0084 sma = 5,011 sma
Perda de masa durante a reacción:
Δm = m_reactivos - m_produto
Δm = 5,03 sma – 5,011 sma
Δm = 0,019 sma
A masa perdida nunha reacción de fusión é de 0,019 amu.
1 uma é equivalente a 931 MeV de enerxía. 0,019 uma son equivalentes a 0,019 x 931 MeV = 17,689 MeV = 17,69 MeV.
A resposta correcta é B.

2. Presta atención ás seguintes reaccións nucleares!
₆C¹³ + ₁H² → ₆C¹⁴ + ₁H¹ + enerxía
Se se coñece a masa do núcleo:
₆C¹³ = 13,0033 sma
₁H² = 2,0141 sma
₆C¹⁴ = 14,0030 sma
₁H¹ = 1,0078 sma
Se unha masa de 1 amu é equivalente a unha enerxía de 931 MeV, entón a enerxía que se produce na reacción nuclear é...
A. 5.5860 MeV
B. 6.1446 MeV
C. 6.1412 MeV
D. 6.2320 MeV
E. 6.2377 MeV
Discusión
Masa de reactivos e produtos:
Masa do reactivo (m_reactivos) = 13,0033 sma + 2,0141 sma = 15,0174 sma
Masa do produto (m_produto) = 14,0030 sma + 1,0078 sma = 15,0108 sma
Perda de masa durante a reacción:
Δm = reactivo – mproduto
Δm = 15,0174 sma – 15,0108 sma
Δm = 0,0066 sma
A masa perdida na reacción nuclear é de 0,0066 amu.
1 uma é equivalente a 931 MeV de enerxía. 0,0066 uma son equivalentes a 0,0066 x 931 MeV = 6,1446 MeV de enerxía.
A resposta correcta é B.

3. Presta atención á seguinte reacción de fusión!
Sábese que:
Masa ₁H¹ = 1,0078 sma
Masa ₁d² = 2,01410 sma
Masa = 0,00055 uma
1 uma = 931 MeV
O valor de E (enerxía producida) na reacción de fusión é…

A. 0,44 MeV
B. 0,88 MeV
C. 0,98 MeV
D. 1,02 MeV
E. 1,47 MeV

Discusión

Masa de reactivos e produtos :
Masa do reactivo (m_reactivos) = 1,0078 sma + 1,0078 sma = 2,0156 sma
Masa do produto (m_produto) = 2,01410 sma + 0,00055 sma = 2,01465 sma
Perda de masa durante a reacción :
Δm = m_reactivos - m_produto
Δm = 2,01560 sma – 2,01465 sma
Δm = 0,00095 sma
A masa perdida nunha reacción de fusión é de 0,00095 amu.

1 sma é equivalente a enerxía ata 931 MeV. 0,00095 uma equivalen a unha enerxía de 0,00095 x 931 MeV = 0,88445 MeV.
A resposta correcta é B.

Información:
Amu = unidade de masa atómica
MeV = megaelectronvolt (unidade de enerxía).

4. A masa nuclear _de 4Be9 = ^{9,0121 uma, a masa do protón = 1,0078 uma e a masa do neutrón = 1,0086 uma .} Se 1 uma equivale a unha enerxía de 931 MeV, entón a enerxía de enlace do átomo de 4Be9 _é …

A. 51,39 MeV
B. 57,82 MeV
C. 62,10 MeV
D. 90,12 MeV
E. 90,74 MeV

Discusión
A masa dun átomo non é igual á masa combinada dos protóns, neutróns e electróns que o compoñen. Cando os protóns, neutróns e electróns reaccionan para formar un átomo, o átomo resultante ten unha masa menor que a suma de todas as masas dos protóns, electróns e neutróns que compoñen o átomo. Isto débese a que se perde algo de masa. A masa perdida é equivalente á enerxía liberada durante o proceso de formación do átomo. Pola contra, necesítase unha enerxía igual á enerxía liberada durante o proceso de formación do átomo para romper o átomo ata que os protóns, neutróns e electróns que o compoñen se separen entre si. Esta cantidade de enerxía é igual a enerxía de enlace atómica.

É coñecido :
Número de protóns = 4
Número de neutróns = 9 – 4 = 5
masa central ₄Be⁹ = 9,0121 sma
Masa protónica = 1,0078 uma
Masa do neutrón = 1,0086 uma
1 uma é equivalente a unha enerxía de 931 MeV
Preguntado/a Enerxía de enlace atómica ₄Be⁹
Jawab :

Masa de protóns e neutróns :
Masa de todos os protóns = 4 x 1,0078 uma = 4,0312 uma
Masa de todos os neutróns = 5 x 1,0086 uma = 5,043 uma  
Masa do protón e do neutrón = 4,0312 uma + 5,043 uma = 9,0742 uma
Desaparecidos en masa :
Masa dos protóns e neutróns – masa do núcleo = 9,0742 uma – 9,0121 uma = 0,0621 uma
Enerxía liberada = enerxía de enlace atómica :
0,0621 uma x 931 MeV = 57,82 MeV
A resposta correcta é B.

Descrición: sma = unidade de masa atómica, sMeV = megaelectronVoltio (unidade de enerxía)

5. Un núcleo atómico de uranio 92U238 ₌ ^238,0508 uma. Masa do protón (m _p ) = 1,0078 uma. Masa do neutrón (m _{n ) = 1.0086 uma. (1 uma = 931 MeV)} ^, entón a enerxía de enlace dun átomo de uranio 92U238 _é …

A. 9271,76 MeV
B. 2830,50 MeV
C. 2399,73 MeV
D. 1922,24 MeV
E. 1789,75 MeV

Discusión
É coñecido :
Número de protóns = 92
Número de neutróns = 238 – 92 = 146
Masa central = 238,0508 uma
Masa protónica = 1,0078 uma
Masa do neutrón = 1.0086 uma
Preguntado/a Enerxía de enlace atómica ₄Be⁹
Jawab :
Masa de protóns e neutróns :
Masa de todos os protóns = 92 x 1,0078 uma = 92,7176 uma
Masa de todos os neutróns = 146 x 1,0086 uma = 147,2556 uma 
Masa do protón e do neutrón = 92,7176 uma + 147,2556 uma = 239,9732 sma
Desaparecidos en masa :
masa de protóns e neutróns – masa do núcleo = 239,9732 uma – 238,0508 uma = 1,9224 uma
Enerxía liberada = enerxía de enlace atómica :
1,9224 uma x 931 MeV = 1789,75 MeV
A resposta correcta é E.

6. Os beneficios dos radioisótopos na vida inclúen:
(1) como rastreador de fugas de tubaxes
(2) como substituto de instrumentos cirúrxicos
(3) conservantes alimentarios
(4) Quenta os alimentos rapidamente
A afirmación correcta é…
A. (1), (2) e (3)
B. (1), (2) e (4)
C. (2), (3) e (4)
D. (1) e (3)
E. (2) e (4)
Discusión
A resposta correcta é D.

7. As seguintes afirmacións:
(1) radioterapia
(2) medición do contido de auga no solo
(3) como trazador
(4) determinar a idade dos fósiles
O uso de radioisótopos no sector sanitario é...
A. (1), (2), (3) e (4)
B. (1), (2) e (3)
C. (1) e (3)
D. (2) e (4)
E. (4)
Discusión
A resposta correcta é C.

8. O radioisótopo C-14 pódese empregar para…
A. detección da función da glándula tiroide
B. coñecer a eficacia do traballo do corazón
C. matar as células cancerosas
D. detección de falsificacións cerámicas
E. determinación da idade dos fósiles
Discusión
A resposta correcta é E.

9. O radioisótopo iodo-131 é empregado polos humanos para…
A. detección das glándulas tiroides
B. detectar enfermidades óseas
C. matar as células cancerosas
D. determinación da idade dos fósiles
E. inspeccionar materiais sen danalos
Discusión
A resposta correcta é A.

Orixe da pregunta:

Preguntas de física do exame nacional para o bacharelato/instituto profesional