Lotze-energia
Lotze-energia (bereizketa-energia ere deitzen zaio) partikula-sistema bat zati bereizietan desmuntatzeko behar den energia minimoa da. Energia hori masa-akatsaren berdina da: sistema lotu bat sortzen denean (normalean bere osagaien batura baino energia potentzial bat txikiagoa duena), askatzen den energia edo masa da, eta sistemari lotua mantentzen duena. Hornitutako energia lotze-energia baino handiagoa bada, desmuntatutako osagaiek energia zinetiko ez-nulua dute.
Ideia orokorra
Oro har, lotze-energiak objektu bat elkarrekin eusten duten indarren aurka egin behar den lan mekanikoa adierazten du; objektuak, bere osagaietan desmuntatuz eta haien arteko distantzia nahikoa izanik, gehiago bereizteak lan gehigarri arbuiagarria behar du.
Sistema lotuetan lotze-energia sistematik kentzen bada, sistema independentearen masari kendu behar zaio energia horrek masa duelako. Hori dela eta, energia sistematik kentzen bada (edo igortzen bada) mugatuta dagoen unean, energia-galera horrek energiaren masa galtzea ere eragingo du[1]. Sistemaren masa ez da kontserbatzen prozesu horretan, sistema irekia delako (hau da, ez da sarrerako edo masa edo energia galtzeko sistema isolatu bat) lotura-prozesuan zehar.
Hainbat lotze-energia mota daude, bakoitzak distantzia eta energia-eskala ezberdin batean funtzionatzen duena. Lotutako sistema baten tamaina zenbat eta txikiagoa izan, orduan eta handiagoa da loturiko lotze-energia.
Masa-energia erlazioa
Loturiko sistema batek, normalean, lotu gabeko osagaiak baino energia maila txikiagoa du, bere masa bere osagai askeen masa osoa baino txikiagoa izan behar duelako. Lotze-energia baxua duten sistemetan, lotu ondoren falta den masa hori frakzio txiki bat izan daiteke, eta, lotze-energia handiko sistemetan, falta den masa erraz neur daitekeen frakzio bat izan daiteke. Falta den masa hori, lotura-prozesuan, bero edo argi moduan gal daiteke energia gisa, kendutako masari dagokion energia Einsteinen E=mc² ekuazioaren bidez kentzen dena. Lotura-prozesuan, sistemaren osagaiak nukleo/atomo/molekularen energia-egoera altuagotan sar daitezke masari eusten dioten bitartean, eta, horregatik, beharrezkoa da sistematik kentzea haien masa gutxitu baino lehen. Sistema tenperatura normaletara hoztu eta oinarrizko egoerara itzultzen denean, energia-mailei dagokienez, lehen konbinatu eta energia handia zuenean baino masa gutxiago izango du. Bero-galera horrek masa-defizita adierazten du, eta beroak berak gordetzen du galdutako masa (hasierako sistemaren ikuspuntutik). Masa hori beroa xurgatzen duen eta energia termikoa irabazten duen beste edozein sistematan agertuko da[2].
Adibidez, espazioan bi objektu elkarrengana erakartzen badira euren grabitazio-eremuen bidez, erakarpen-indarrak objektuak bizkortzen ditu haien abiadura handituz, eta horrek energia potentziala (grabitatea) energia zinetiko bihurtzen du. Partikulak elkarren artean elkarreragin gabe pasatzen direnean edo talkaren garaian elastikoki elkar uxatzen dutenean, lortutako energia zinetikoa (abiadurarekin lotuta) energia potentzialera itzultzen hasten da talka egin duten partikulak bananduz. Moteltzen diren partikulak, hasierako distantziara eta haratago, infinitura itzuliko dira, edo talka gelditu, eta errepikatuko dute (oszilazioa gertatzen da). Horrek erakusten du energia galtzen ez duen sistema ez dela konbinatzen (lotzen) objektu solido batean, zeinaren zatiak distantzia laburretan oszilatzen baitira. Beraz, partikulak elkartzeko, erakarpenaren ondorioz lortutako energia zinetikoa indar erresistentearen bidez xahutu behar da. Objektu konplexuek, talkan normalean, talka ez-elastikoa jasaten dute, eta horrek energia zinetikoaren zati bat barne-energia bihurtzen du (bero edukia; hau da, mugimendu atomikoa), fotoi moduan irradiatzen dena: argia eta beroa. Talketan grabitateari ihes egiteko energia xahutzen denean, piezek distantzia hurbilagoan (agian, atomikoan) oszilatuko dute, eta, horrela, objektu solido gisa agertuko dira. Galdutako energia hori, objektuak bereizteko balizko oztopoa gainditzeko beharrezkoa dena, lotura-energia da. Lotura-energia hori sisteman bero gisa atxikiko balitz, haren masa ez litzateke gutxituko, eta sistematik bero-erradiazio gisa galtzen den lotura-energiak masa izango luke. Zuzenean adierazten du hotzean loturiko sistemaren masa-gabezia.
Erreakzio kimiko eta nuklearrei buruzko antzeko gogoeta aplikatzen dira. Sistema itxietako erreakzio kimiko exotermikoek ez dute masa aldatzen; erreakzio-beroa kendu ondoren, masiboago bihurtzen dira, nahiz eta masa-aldaketa hori txikiegia izan ekipo estandarrekin neurtzeko. Erreakzio nuklearretan, argi edo bero moduan ken daitekeen masa-frakzioa (hau da, lotura-energia) sistemaren masaren zati askoz handiagoa izan ohi da. Horrela, zuzenean neur daiteke, masa-diferentzia gisa, erreaktiboen gainerako masen eta (hoztutako) produktuen artekoa. Hori zor zaio indar nuklearrak kimikan beroa sortzen duten elektroien eta protoien arteko elkarrekintzei lotutako Coulomb indarrak baino indartsuagoak izateari.
Aldaketa masiboa
Loturiko sistemen masa-aldaketa (gutxitzea), batez ere nukleo atomikoen masa, baita deitu izan da: masa-akats, masa-defizit edo masa-paketatzearen frakzio ere.
Lotu gabeko sistemaren masa kalkulatua eta esperimentalki neurtutako nukleoaren masaren (masa-aldaketa) arteko aldea Δm bezala adierazten da. Honela kalkula daiteke:
Masa-aldaketa = (lotu gabeko sistemaren masa kalkulatua) - (sistemaren masa neurtua)adib. (protoi eta neutroi masen batura) - (nukleoaren masa neurtua)
Nukleo kitzikatua sortzen duen erreakzio nuklear bat gertatu ondoren, kitzikatu gabeko egoerara desintegratzeko energia lotze gisa irradiatu edo kendu behar den energia hainbat formatan egon daiteke: Uhin elektromagnetikoak (hala nola gamma erradiazioa); kanporatutako partikula baten energia zinetikoa (elektroi batena adibidez) barne bihurketa gainbeheran, edo, neurri batean, igorritako partikula baten edo gehiagoren atseden-masa gisa (hala nola beta-desintegrazio partikulak). Ezin daiteke masa-defizitik agertu, teorian, erradiazio hori edo energia hori igorri eta sistemaren parte ez den arte.
Nukleoiak, nukleo bat osatzeko elkartzen direnean, masa txiki bat galdu behar dute; hau da, masa-aldaketa gertatzen da elkarrekin egoteko. Masa-aldaketa hori hainbat fotoi-mota edo beste partikula-energia gisa askatu behar da goian esan bezala, E=mc² erlazioaren arabera. Beraz, lotura-energia kenduta, lotura-energia = masa-aldaketa × c². Energia hori nukleoiak elkarrekin eusten dituzten indarren neurria da, eta nukleoa nukleo indibidualetan banatzeko ingurunetik hornitu behar den energia adierazten du.
Adibidez, deuterio atomo batek 0,0023884 amu-ko masa-akatsa du, eta bere lotura-energia ia 2,23 MeV-en berdina da. Horrek esan nahi du 2,23 MeV energia behar dela deuterio atomo bat desegiteko.
Fusio nuklearrean edo fisio nuklearrean igortzen den energia erregaiaren lotura-energien aldea da (hau da, nukleidoaren edo hasierako nukleidoen) fisioaren edo fusioaren produktuekiko. Praktikan, energia hori erregaiaren eta produktuen arteko masa-desberdintasun handietatik ere kalkula daiteke ezagutzen diren nukleidoen masa atomikoen aurreko neurketak erabiliz, zeinak espezie bakoitzarentzat beti masa bera duten. Masa-diferentzia hori agertzen da sortzen den beroa eta erradiazioa kendu ondoren, kalkulu horietan parte hartzen duten nukleidoen masak (atsedenean) nahasiak dauden nukleidoetatik (kitzikatuak) neurtzeko beharrezkoak direnak.
Erreferentziak
- HyperPhysics - "Nuclear Binding Energy". C.R. Nave, Georgia State University. Accessed 7 September 2010. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/nucbin.html
- E. F. Taylor and J. A. Wheeler, Spacetime Physics, W.H. Freeman and Co., NY. 1992. ISBN 0-7167-2327-1, see pp. 248-9 for discussion of mass remaining constant after detonation of nuclear bombs until heat is allowed to escape.
