TAJEMSTVÍ atomu ENERGIE BEZ KOUŘE TREZOR NA TISÍC LET SUROVINA NEBO ODPAD PODIVUHODNÉ PAPRSKY TAJEMSTVÍ ENERGIE HMOTY BEZPEČNOST JADERNÝCH ELEKTRÁREN JADERNÁ SYNTÉZA
Autor: ČEZ
Strana 44 z 68
Vámi hledaný text obsahuje tato stránku dokumentu který není autorem určen k veřejnému šíření.
tak malá
hodnota, můžeme při pozorování hmot
nosti atomu zanedbat elektrony připadá
méně než 0,05 celkové hmotnosti atomu. staletí pátrali
učenci podstatě struktury látky, na
konec roku 1770 francouzskému chemikovi
A. Jádro atomu tvoří dva druhy částic: klad
né protony neutrální neutrony. Ener
gie tělesa souvisí jeho pohybovým stavem,
vyjadřuje schopnost tělesa konat práci, zatím
co hmotnost tělesa souvisí jeho setrvačný
mi gravitačními účinky.
Struktura látky
V době objevu teorie relativity toho nebylo
o struktuře látky známo mnoho.
Změny energie jsou tedy spojeny vždy se
změnami hmotnosti.
Poté však přichází Einstein prohlašu
je: energie hmotnost nejsou sobě nezávis
lé veličiny. atomová
hmotnostní jednotka).
elem entární částice látky? tuto otázku
nemá fyzika dodnes definitivní odpověď. Při rychlostech blízkých již není
možno přírůstek hmotnosti zanedbat musíme vním
počítat napříkladpři návrhu velkých urychlovačů na
bitých částic. Dohromady
jim říkáme nukleony latinského nucleus =
ořech, jádro). Při ochlazování (kdy tepel
ná energie uvolňuje) hmotnost tělesa naopak
zmenšuje.
tělesa jako celku. Jak vypadá skutečně
m
m0
3. Ten pak později zdokonalil dán
ský fyzik Bohr (1913) konečně obje
vu neutronu německý fyzik Heisen
berg (1934)..10 '19C) při
urychlení elektrickým polem napětí V. Lavoisierovi podařilo objevit zákon za
chování hmotnosti. deset letpozději
uveřejnil Einstein obecnou teorii relativity, která
je zobecněním speciální teorie relativity pro případ
gravitace. Roku 1842 německý lé
kař Mayer analogicky dokázal, také
energie nemůže být uměle vytvořena, ani se
nemůže ztratit, ale pouze přeměňovat zjed
ná formy druhou. Tak jak moderní fyzika proniká
stále více hlubin struktury látky, objevuje
se atom stále složitější. Hmotnost elektronu asi 1836krát
menší než hmotnost nukleonu.
Při větší rychlosti kmitání zvětšuje hmot
nost jednotlivých částic tělesa tími hmotnost
V těchto jednotkách odpovídá podle Ein
steinova vztahu otnosti energie
931,494 MeV. Tím samozřejmě vývoj názorů
na strukturu látky neskončil, objevily nové
teorie, nová důmyslnější experimentální
zařízení, kterých potvrzují překvapující
předpovědi.0
1.
Antoine Laurent Lavoisier používal při svých che
mickýchpokusechjemných vah. Jeho myšlenky však zprvu nebyly
uznány. Jednotka hmotnosti
kilogram ajednotka energie joule jsou totiž pro
mikrosvět částic příliš velké. Objevil tak zákon zacho
vání energie, který později přesně formuloval
německý fyzik Helmholz. Proto praktic
kých důvodů používáme světě atomů jako
jednotku hmotnosti (označovanou 1/12
hm otnosti neutrálního atom uhlíku 12C,
což přibližně 1,66 10~27kg (tzv. Energii získá elektron
(s elektrickým nábojem 1,602. Uveďme, teorie relativity exis
tují dvě. Zá
vislost hmotnosti částice rychlosti vyjádřena
vzorcem m0/ Hmotnost rovna m
(klidová hmotnost) jen při Při malých rych
lostech oproti rychlosti světla cje přírůstek hmot
nosti nepatrný.
Číselně roven 1,602.0
2.
Julius Robert Mayer nebyl fyzik, ale přesto mu
Z fyziologických pozorování podařilo objevit zákon
zachováníenergie.
A právě tento Einsteinův slavný vzorec klí
čem našem putování energií. Například 235U hmot
nost 235,04393 nám stačí uvažovat hodnotu
235 u.c2
Povězme něco více Einsteinově slav
ném vzorci. Naopak, energie látky úměrná
její hmotnosti oba zákony zachování, hmot
nosti energie platí současně vedle sebe. Zákon
zachování hmotnosti stejné doběformuloval také
ruský učenec Lomonosov. Nemějte však obavy své těles
né proporce, protože při rychlostech, jichž
můžeme dosáhnout my, tento přírůstek
úplně neznatelný.
0,5 0,71 0,87 1,0-1-
42
. Představa ato
mu jako základního elementu látky prodělala
od stol. roku 1905, které jsme hovořili, se
nazývá speciální teorie relativity.10 I9J, což je
1pro svět atomů jednotka poměrně malá, pro
to používají násobky keV 10’eV MeV
= 106eV. 1. Čím
větší rychlostí pohybuje, tím více jeho hmot
nost vzrůstá.
Uveďme dále jednotky hmotnosti energie
používané vjaderné fyzice. Pro naše úvahy posta
čí předpokládat, hmotnost částice jádra -
nukleonu zhruba rovna Hmotnost ato
mu jednotkách bude potom přibližně
rovna počtu nukleonů. Určité hmot
nosti odpovídá určitá energie naopak. To, cojedné sloučeniněpo experimen
tu hmotnosti chybělo, zbylo buďjako látka nová,
nebo přibylo hmotnosti jiné sloučenině. kdybychom mohli
pohybovat rychlostí 000 zvětšila
by naše hmotnost pouze tomu, aby
těleso zvětšilo svou hmotnost dvojnásobek,
musí pohybovat rychlostí 261 000 s"1!
Stejně tak zvětšuje hmotnost tělesa při za
hřívání, neboť tepelná energie určována
rychlosti kmitavých pohybů částic tělesa. Počet protonů jádře označu
jeme počet nukleonů počet neutronů
je pak Konkrétní atom prvku zapi
sujeme AZX. Napří
klad každé těleso, které uvedeme pohybu,
se stává těžší, protože energie, kterou dodá
váme, představuje přírůstek hmotnosti.
Energie hmotnost jsou tedy navzájem
úměrné jsou spolu neoddělitelně vázány pře
kvapivě jednoduchým vztahem c2.
Připomeňme si: atom skládá nesmírné
malého jádra kladným elektrickým nábojem,
kolem něhož obíhají záporně nabité elektro
ny.
Graf závislosti hmotnosti částice rychlosti. doby jeho objevu platil
názor, hmotnost energie jsou dvě napros
to rozdílné sobě nezávislé veličiny.5
1,0
0 Albertu Einsteinovi ajeho teorii relativity toho bylo
napsánojiž mnoho.
Naše cesta uvolňováním klidové energie
látky vede přímo jádrům atomů. Součet
hmotností před pokusu zůstával stejný.
Energii světě atomů vyjadřujeme elek-
tronvoltech eV. Elektronový obal atomu při
bližně desetitisíckrát větší průměr než samot
né jádro. Prokázal, hmot
nost neztrácí., kdy poprvé vyslovil řec
ký filozof Demokritos, dlouhý vývoj. př. Zásad
ní poznatky přinesl rok 1910, kdy britský
fyzik Rutherford sestrojil planetární mo
del atomu.
Prakticky tedy veškerá hmotnost atomu
koncentrována jádra, které obrovskou
hustotu cm3„jaderné látky“ vážil 400
milionů tun!
Protože však velikost jádra tak mizivě
malá oproti rozměru celého atomu, skládá se
látka především prázdného prostoru.5
2
