물리Ⅰ 14회차

질량과 에너지

1. 질량의 에너지 변환

1. 질량 에너지 동등성

질량과 에너지과 에너지가 본질적으로 같음 : $E=m{c}^2$
(아인슈타인이 발견한 공식)
 

2. 정지 에너지

1. 정지 질량에 해당하는 에너지
2. $E=m_0{c}^2$ : 정지한 물체도 매우 큰 에너지를 가지고 있다.
 

3. 질량 결손

1. 핵자들이 결합하여 원자핵을 이룰 때 줄어든 질량
2. $\mathrm{\Delta }E=\mathrm{\Delta }m{c}^2$
 

 

입자	질량
양성자	1.0073 $u$
중성자	1.0087 $u$
헬륨 원자핵	4.0015 $u$

(1 $u$=1.66 × ${10}^{-27}kg$)

 
① (가)의 총 질량 : (1.0073 $u$+1.0087$u$ × 2 = 4.0320$u$)
② (나)의 질량 : 4.0015$u$
③ 양성자와 중성자가 결합하여 원자핵을 이룰 때
질량이 줄어들고, 줄어든 질량이 질량 결손에 해당한다.

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2. 핵분열

1. 원자핵의 표시법

${}_Z^{A}X$에서
(1) $X$ : 원소 기호
(2) $Z$ : 원자 번호 = 양성자 수
(3) $A$ : 양성자 수 + 중성자수
 

2. 핵분열 과정

 

 
(1) 우라늄이 느린 중성자를 흡수한 후 가벼운 원자핵으로 분열하는 것
 
(2) 본존 되는 것 : 질량 수, 원자 번호
 
(3) 보존되지 않는 것 : 질량
① 질량 결손 발생 : 반응 전 질량 총합 > 반응 후 질량 총합
② 질량 결손에 해당하는 에너지 방출

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3. 핵융합

1. 핵융합

• 질량수가 작은 원핵이 융합하여 질량수가 큰 원자핵이 만들어지는 과정
 

2. 태양에서 일어나는 핵융합 반응

 

(1) 크게 3단계를 거친다.
(2) 6개의 소수 원자핵이 융합하여 헬륨 원자핵 1개와 양성자 2개가 만들어지고, 이때 큰 에너지가 발생함.
 
3. 핵융합로에서 일어나는 핵융합 반응
중수소 원자핵과 삼중 수소 원자핵이 핵융합하여 헬륨 원자핵과 중성자가 된다.
 

 
$4_1^{1}H$ → ${}_2^{4}He+2e^{+}+26MeV$

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출처

손정우 외 「물리학 I」,  비상교육,  2018