SSCF Crew - Fizik Nukleus Jawapan latihan 1 hingga latihan 7

download SSCF Crew - Fizik Nukleus Jawapan latihan 1 hingga latihan 7

of 58

  • date post

    26-Jul-2015
  • Category

    Education

  • view

    92
  • download

    11

Embed Size (px)

Transcript of SSCF Crew - Fizik Nukleus Jawapan latihan 1 hingga latihan 7

1. JAWAPAN LATIHAN LATIHAN 1 1. Di sini m103.5 11 =x . 11 34 103.52 1063.6 2 x h p 124 mskg1099.1 Momentum yang dipunyai oleh elektron ini adalah kecil. Oleh itu, perlu menggunakan tenaga kinetik klasik. kg109.12 )mskg1099.1( 2 31 21242 == m p Te J107.21 19 = J/eV101.6 J1021.7 19- -19 = eV56.13= Tenaga kinetik elektron dalam atom ialah 13.56 eV. 2. Momen magnet elektron atau Bohr magneton e B m eh 4 = )JT(Am10266.9 1011.94 1063.6106.1 1224 31 3419 = = Momen magnet proton atau nuklear magneton p N m eh 4 = 217 2. 27 3419 10673.14 1063.6106.1 = )JT(Am1005.5 1227 = Momen magnet neutron n n m eh 4 = )JT(Am1004.5 10675.14 1063.6106.1 1227 27 3419 = = Nisbah B dengan N 1853 1005.5 10266.9 27 24 = = N B atau NB 1853= Momen magnet nuklear yang diukur bernilai antara 0 hingga 5 N . Oleh itu, proton dan neutron boleh terkandung dalam nukleus manakala elektron tidak boleh terkandung dalam nukleus. 3. Prinsip ketakpastian Heisenberg 2 h px atau 2 x h p Diberi, mx 15 100.52 = dan h = 6.63 1034 J s 20 14 34 1005.1 100.12 1063.6 = p kg ms1 Daripada persamaan tenaga kerelatifan 218 3. 42222 cmcpE e+= Suatu elektron dengan momentum 1.05 1020 kg ms1 mempunyai tenaga kinetik jauh lebih besar daripada tenaga rehatnya. Oleh itu, tenaga kinetik elektron JpcTe )100.31005.1( 820 = 12 1015.3 J eV100.2 106.1 1015.3 7 19 12 = MeV20 Tenaga kinetik yang dipunyai oleh elektron adalah sangat besar bagi memungkinkannya berada di dalam nukleus. Bagi proton (mp = 1.67 1027 kg), jumlah tenaga kerelatifan 42222 cmcpE p+= 4822728220 )100.3()1067.1()100.3()1005.1( += 22 106561.227 = atau J100883.15 11 =E eV10943.0 106.1 100883.15 6 19 11 = = MeV0.943= Jisim rehat proton ialah 938.3 MeV. Oleh itu tenaga kinetik proton Tp = 943.0 938.3 = 4.7 MeV Tenaga kinetik yang dipunyai oleh proton memungkinkannya terkandung dalam nukleus. 219 4. 4. Hipotesis proton-neutron menyatakan suatu unsur dengan nombor jisim A dan nombor atom Z mengandungi Z proton dan (A Z) neutron yang terkandung di dalam nukleus. Disamping itu, sebanyak Z elektron bergerak mengelilingi nukleus bagi menjadikan suatu atom yang neutral. Hukum Ketakpastian Heisenberg Berdasarkan prinsip ketakpastian Heisenberg dan hukum tenaga kerelatifan dapat dibuktikan bahawa tenaga yang dimiliki oleh neutron semasa berada di dalam nukleus adalah hampir sama dengan tenaga yang dimiliki oleh proton kerana kedua- dua zarah tersebut mempunyai jisim yang hampir sama. Perkara ini menunjukkan neutron boleh terkandung di dalam nukleus. Hukum keabadian momentum sudut Neutron seperti juga proton mempunyai spin 1/2. Oleh itu, berdasarkan kandungan nukleus seperti yang dinyatakan dalam hipotesis proton-neutron, jumlah spin bagi nukleon-nukleon dalam nukleus adalah bernilai integer bagi nukleus dengan A-genap dan bernilai setengah integer ganjil bagi nukleus dengan A-ganjil. Nilai ini sesuatu dengan momentum sudut nukleus seperti yang dibincangkan dalam hipotesis proton- neutron. Dengan itu, hukum keabadian momentum sudut dapat dipenuhi berdasarkan kandungan nukleus mengikut hipotesis proton-neutron. LATIHAN 2 1. Bagi nukleus C12 , M(C12 ) = 12.00000 u, A(C12 ) = 12 220 5. Diberi, Mn = 1.008982 u, Mp = 1.007593 u dan Me = 5.48763 104 u Pecahan padatan A ACM f = )( 12 Menggunakan C12 sebagai piawai, M(C12 ) = 12.000000 u 0 12 12000000.12 = =f Cacat jisim ),( AZMZMNMZMm enp ++= Jisim elektron terlalu kecil berbanding dengan jisim proton dan neutron dan boleh diabaikan. ),( AZMNMZMm np += 00000.12008982.16007593.16 += 000000.1209945.12 = u09945.0= Tenaga pengikat nukleus 48.93109945.02 == mcB MeV MeV636.92= 2. (a) Susutan jisim ialah berbezaan antara jisim nukleus, M dengan nombor jisim, A. Cacat jisim ialah perbezaan antara jisim atom, W dengan jisim nukleus, M. (b) Pecahan padatan A AM f = )Cu( 63 221 6. Diberi M(Cu63 ) = 62.929592 u, maka = = 63 6362.929592 f Isotop 29Cu63 mengandungi Z = 29 dan N = (63 29) = 34 Cacat jisim ),( AZMZMNMZMm enp ++= Jisim elektron terlalu kecil berbanding dengan jisim proton dan neutron dan boleh diabaikan. ),( AZMNMZMm np += 62.929592008982.1341.00759329 += u595993.0= Tenaga pengikat nukleus 48.931595993.02 == mcB MeV MeV16.555= 3. (a) Nombor jisim ialah jumlah bilangan proton dan neutron yang terkandung dalam nukleus. Jisim atom ialah jisim yang dikira berdasarkan bilangan proton, neutron dan elektron yang terkandung dalam suatu atom. Jisim nukleus ialah jisim suatu nukleus yang ditentukan melalui experimen. (b) Graf pecahan padatan, f lawan A bagi nucleus stabil 222 0 100 24012 10 No. jisim, A f (104 ) 7. i) Tiga pemerhatian yang diperolehi daripada graf di atas: Pecahan padatan bernilai positif bagi unsur ringan dan unsur berat. Bagi unsur pertengahan pecahan padatan bernilai negatif. Pecahan padatan bagi unsur dengan A = 12 (C12 ) bernilai sifar kerana C12 digunakan sebagai jisim rujukan. ii) Pecahan padatan A AM f = )U( 238 Diberi M(U238 ) = 238.048608 u, maka = = 238 238238.048608 f 2.042 104 Isotop 92U238 mengandungin Z = 92 dan N = (238 92) = 146 Cacat jisim ),( AZMZMNMZMm enp ++= Jisim elektron terlalu kecil berbanding dengan jisim proton dan neutron dan boleh diabaikan. ),( AZMNMZMm np += Tenaga pengikat nucleus 48.931)238.048608008982.1146007593.192(2 +== mcB 48.93196132.1 = MeV 223 8. MeV9.1826= 4. Cacat jisim ialah perbezaan jisim antara jisim suatu nukleus dengan jumlah jisim proton dan neutron dalam nukleus. Tenaga pengikat nukleus ialah tenaga yang diperlukan untuk mengikat nukleon dalam nukleus. Cacat jisim 13Al27 ),()( AZmNmZmm np += 99008.26)008982.114007593.113( += u234377.0= Tenaga pengikat nukleus 48.931234377.02 == mcB MeV218= 5. Daya tarik menarik kegravitian antara dua jisim diberikan oleh persamaan 2 21 r mm GF = dengan G = 6.67 1011 N m2 kg2 ialah pemalar kegravitian. Bagi dua nukleon (proton proton) dengan jisim masing-masing 1.675 1027 kg, maka 215 22711 )100.5( )10675.1(1067.6 =F N107485.0 35 = Tenaga kegravitian 224 9. r mm GW 21 = 15 22711 100.5 )10675.1(1067.6 = J50 10743.3 = eV1034.2 106.1 10743.3 41 19 50 = = MeV1034.2 35 = Tenaga kegravitian adalah sangat kecil dan tidak terlibat dalam ikatan antara proton- proton dalam nukleus. 6. Daya tolakan Coulomb antara proto-proton dalam nukleus diberikan oleh persamaan 2 21 r qkq Fc = 215 2199 )100.5( )106.1(1099.8 = N10205.9 2 = Tenaga keupayaan elektrik antara proton-proton diberikan oleh persamaan r qkq U 21 = 15 2199 100.5 )106.1(1099.8 = J10603.4 14 = eV1088.2 106.1 10603.4 5 19 14 = = MeV288.0= 225 10. Daya Coulomb adalah daya tolak menolak dan oleh itu ia bukan merupakan daya yang megikat antara proton-proton dalam nukleus. Sebaliknya pula kehadiran daya Coulomb akan mengurangkan tenaga ikatan nukleus. 7. Mengikut persamaan de Broglie p h = atau h p = Tenaga pengikat antara nukleon-nukleon dalam nukleus m h m p T 2 22 22 == )10675.1()100.5(2 )1063.6( 27215 234 = J105248.0 11 = eV10328.0 1060.1 105248.0 8 19 11 = = MeV8.32= 8. (a) Daya berjulat pendek Daya berjulat pendek ialah daya tarik menarik antara nukleon dalam nukleus yang hanya boleh mengadakan saling tindak dengan nukleon yang berhampiran. Setiap nukleon yang telah berpasangan dikatakan telah tepu. (b) Daya nukleus tidak bersandar pada cas. 226 11. Daya nukleus tidak bersandar pada jenis saling tindak nukleon. Ini bererti daya saling tindak antara p-p, p-n dan n-n adalah sama. 9. (a) Nukleus cermin ialah dua nukleus yang mempunyai nombor jisim yang sama dengan bilangan proton nukleus pertama sama dengan bilangan neutron nukleus kedua dan sebaliknya. (b) Dalam nukleus H3 terdapat dua pasangan saling tindak (p-n) dan satu pasangan saling tindak (n-n) manakala dalam nukleus He3 terdapat dua pasangan saling tindak (p-n) dan satu pasang saling tindak (p-p). Oleh itu, tidak terdapat saling tindak Coulomb antara p-p dalam nukleus H3 . Sebaliknya pula bagi nukleus He3 , terdapat 1 pasangan saling tindak p-p dalam nukleus dan tenaga tolakan Coulomb ini dapat dianggarkan dengan menggunakan persamaan 15 21992 102 )106.1(1099.8 == r kQ Ec 14 105072.11 = J MeV72.0eV102.7 106.1 105072.11 5 19 14 == = Tenaga Coulomb akan mengurangkan tenaga ikatan nukleus sebanyak 0.72 MeV. Jika tidak terdapat daya tolakan Coulomb dalam nukleus He3 , tenaga ikatannya hampir sama dengan tenaga ikatan bagi nukleus H3 iaitu (0.72 + 7.72) = 8.44 MeV. LATIHAN 3 1. (a) Perbezaan antara proses musnahabisan dengan proses penghasilan pasangan 227 12. i) Dalam proses musnahabisan elektron dan positron bergabung menghasilkan foton manakala dalam proses penghasilan pasangan, sinar- bersaling tindak dengan jirim menghasilkan pasangan elektron positron. (b) Perbezaan antara proses reputan positron dengan proses reputan negatron i) Proses reputan positron menghasilkan neutrino manakala proses reputan negatron menghasilkan anti-neutrino. ii) Dalam reputan positron berlaku transformasi proton menjadi neutron manakala dalam reputan negatron berlaku transformasi neutron menjadi proton. (c) Perbezaan antara proses penukaran dalam dengan proses Auger elektron. i) Peroses penukaran dalam disebabkan oleh sinar- manakala proses Auger elektron disebabkan olen sinar-X cirian. ii) Proses penukaran dalam menghasilkan sianr-X cirian manakala proses elektron Auger tidak menghasilkan sinar-X. (d) PerbezaanProses tangkapan elektron dengan reputan negatron. i) Proses tangkapan elektron menghasilkan neutrino bertenaga diskrit manakala proses reputan negatron menghasilkan anti-neutrino dengan tenaga selanjar. ii) Dalam proses tangkapan elektron berlaku transformasi proton menjadi neutron manakala dalam reputan negarton berlaku transformasi neutronmenjadi proton. 228 13. 2. (a) Perbezaan antara sinar- dengan sinar-X selanjar i) Sinar- dihasilkan dari nukleus yang berada dalam keadaan teruja manakala sinar-X selanjar dipancarkan oleh atom apabila zarah bercas menghentam kepada suatu atom. ii) Sirar- bertenaga diskrit m