Strona na telefon

196. Co się dzieje z masą atomu, gdy on wysyła promnieniowanie?

"Defekt" masy - czy masa jest wielkością niezmienną?



Co się dzieje z masą atomu, gdy:


1. Promieniowanie świetlne atomu


Promieniowanie świetlne (fotony, kwanty promieniowania świetlnego) może wysłać atom, który został wcześniej wzbudzony, tzn. pochłonął energię odpowiadającą przejściu ze stanu energetycznego niższego do stanu energetycznego wyższego.

Pochłonięciu energii towarzyszy, zgodnie z równaniem Alberta Einsteina, zmiana masy.
Atom, który uległ wzbudzeniu, czyli pochłonął energię, zwiększył swoją masę.

wzór Einsteina, wzór na energię fotonu, przekształcenia

Po wyemitowaniu energii (fotonu) masa atomu zmniejsza się o wartość odpowiadającą wysłanej energii.

2 Jonizacja atomu


Atom jonizuje się, traci elektron, gdy dostarczona zostanie energia potrzebna do oderwania elektronu od jądra. Energii tej może dostarczyć foton promieniowania świetlnego o odpowiednio małej długości fali (odpowiednio dużej częstotliwości).
Może spowodować jonizację zderzenie z innym atomem, jeśli mają one odpowiednio duże energie kinetyczne.

Energia całego układu (jon dodatni i oderwany elektron) musi wzrosnąć o energię jonizacji. Ponieważ jonizacja oznacza oddalenie się elektronu na bardzo dużą odległość, możemy układ ten traktować jako dwa niezależne ciała.
Nie ma wtedy energii układu ciał - jest ona równa zero lub prawie zero.

W stanie związanym całkowita energia mechaniczna elektronu jest ujemna. Po zjonizowaniu elektron ma energię mechaniczną zerową lub dodatnią. Oznacza to, że energia jonu mogła zmienić się w niewielkim stopniu. Na pewno jednak nie ma w nim już elektronu.

Klasyczne podejście jest proste – z układu zabrany został jakiś element, tzn. zabrana została jakaś masa. Po zabraniu z atomu elektronu pozostała część (jon) ma masę mniejszą o masę elektronu. I podobnie z kolejnymi elektronami.

Po uwzględnieniu wzoru Einsteina spodziewamy się podobnego wyniku, ale obliczenia są zdecydowanie bardziej złożone.

3. Promieniowanie jądrowe gamma


Atom może wysłać promieniowanie w wyniku zmian w powłoce elektronowej lub w wyniku zmian w jądrze.

Przemiany jądrowe polegają zawsze na zmianie
własności jądra i wysłaniu

a) innego (lżejszego) jądra;

b) protonu (to też jądro);

c) pozytonu;

d) elektronu;

e) neutronu;

f) promieniowania gamma.


Pierwszych pięć sytuacji jest analogicznych do rozważanych w poprzednim punkcie – wyrwana jest z jądra czyli też z atomu jakaś cząstka materii (czyli masa).

Całkowita masa jądra (a więc i atomu) ulega zmniejszeniu o masę wyemitowanego przez jądro fragmentu. Każda taka cząstka unosi zawsze energię mechaniczną czyli dodatkowo pomniejsza się energia pozostałego jądra, a więc i jego masa.

Promieniowanie gamma jest promieniowaniem elektromagnetycznym, czyli nie ma masy spoczynkowej. Każdy foton unosi jednak pewną energię. Ta energia pochodzi z jądra, czyli też z atomu. Wyemitowanie kwantu gamma przez jądro oznacza więc zmniejszenie się masy jądra (a więc i masy atomu).

Pozostaje pytanie o ile zmniejsza się ta masa?
Odpowiedź w innym tekście.

Pomoc z matematyki

Rozwiązane zadania i przykłady z matematyki


Pomoc z historii

Co było powodem olbrzymiego rozkwitu Grecji?