Zamknięcie działu 12

📌 Najważniejsze w pigułce (cały dział)

  1. Jądro = protony + neutrony; $Z$ (pierwiastek), $A$ (nukleony); izotopy (różne $A$).
  2. Reakcje jądrowe zachowują liczbę nukleonów ($\sum A$) i ładunek ($\sum Z$).
  3. Energia spoczynkowa $E_0 = mc^2$ (masa jest formą energii); deficyt masy → energia wiązania ($E_w = \Delta m c^2$); reakcje ku żelazu uwalniają energię.
  4. Promieniowanie α, β, γ (rosnąca przenikliwość); czas połowiczny $T_{1/2}$ (po każdym zostaje połowa).
  5. Energetyka: rozszczepienie $^{235}\text{U}$ + reakcja łańcuchowa (elektrownia); fuzja zasila gwiazdy.
  6. Promieniowanie jonizujące — szkodliwe, ale leczy i diagnozuje.
  7. [R] STW: niezmienniczość $c$, względność równoczesności, $E = mc^2$ i energia całkowita $E = mc^2/\sqrt{1 - v^2/c^2}$, $c$ jako prędkość graniczna; rachunek $E_0$, $\Delta m$ i $E_w$ dla izotopu; rozpady β⁻ i β⁺ (PET); $N(t) = N_0\left(\tfrac12\right)^{t/T_{1/2}}$ i datowanie ¹⁴C; cykl proton–proton; kreacja/anihilacja par.

📐 Słowniczek definicji działu 12

Termin Definicja (skrótowo)
Liczba atomowa / masowa $Z$ (protony) / $A$ (nukleony)
Izotopy to samo $Z$, różne $A$
Zasady zachowania (reakcje) zachowane $\sum A$ i $\sum Z$
Energia spoczynkowa energia zawarta w masie, $E_0 = mc^2$
Deficyt masy / energia wiązania $\Delta m$ / $E_w = \Delta m c^2$
Promieniowanie α, β, γ jądra He / elektrony / fotony
Czas połowiczny czas rozpadu połowy jąder
Rozszczepienie / reakcja łańcuchowa rozpad ciężkiego jądra / samopodtrzymujący ciąg
Fuzja (reakcja termojądrowa) łączenie lekkich jąder (gwiazdy)
[R] Niezmienniczość $c$ $c$ jednakowa w każdym układzie inercjalnym
[R] Równoważność masy i energii $E = mc^2$
[R] Datowanie ¹⁴C wiek z ubytku promieniotwórczego węgla
[R] Energia całkowita $E = mc^2/\sqrt{1 - v^2/c^2}$ (rośnie z prędkością)
[R] Jądro stabilne / niestabilne nierozpadające się / promieniotwórcze
[R] Rozpad β⁻ / β⁺ elektron, $Z{+}1$ / pozyton, $Z{-}1$ (PET)
[R] Prawo rozpadu $N(t) = N_0\left(\tfrac12\right)^{t/T_{1/2}}$
[R] Kreacja / anihilacja par energia ↔ materia (zach. ładunku, energii, pędu)

🎒 Sprawdzian działowy

Z1. Ile protonów i neutronów ma jądro $^{56}_{26}\text{Fe}$?

Pokaż rozwiązanie

Protony: 26; neutrony: $56 - 26 = 30$.

Z2. Jądro $^{238}_{92}\text{U}$ ulega rozpadowi α. Podaj produkt.

Pokaż rozwiązanie

$Z: 92-2=90$, $A: 238-4=234$ → $^{234}_{90}\text{Th}$ (tor).

Z3. Czas połowiczny to 5 lat. Jaka część próbki zostanie po 15 latach?

Pokaż rozwiązanie

$15/5 = 3$ okresy → $\left(\tfrac12\right)^3 = \tfrac18$.

Z4. Wyjaśnij, skąd bierze się energia w elektrowni jądrowej.

Pokaż rozwiązanie

Z rozszczepienia jąder $^{235}\text{U}$: ubytek masy (deficyt) zamienia się na energię ($E=\Delta m c^2$), wydzielaną jako ciepło. Reakcja łańcuchowa (kontrolowana prętami) podtrzymuje proces; ciepło → para → turbina → prąd.

Z5. [R] Ile energii kryje masa spoczynkowa $2\ \text{g}$?

Pokaż rozwiązanie

$E = mc^2 = 2\cdot10^{-3}\cdot 9\cdot10^{16} = 1{,}8\cdot10^{14}\ \text{J}$.

Z6. [R] Lecisz ku źródłu światła z prędkością $0{,}8c$. Jaką prędkość światła zmierzysz?

Pokaż rozwiązanie

Dokładnie $c$ — prędkość światła jest niezmiennicza, nie zależy od ruchu obserwatora ani źródła (nie dodaje się jak zwykłe prędkości).

Z7. [R] Czemu przy anihilacji elektronu z pozytonem powstają dwa fotony, a nie jeden?

Pokaż rozwiązanie

Z zachowania pędu: para o zerowym pędzie całkowitym nie może zamienić się w jeden foton (foton ma pęd). Dwa fotony lecące w przeciwne strony dają sumaryczny pęd zero.

🔍 Sprawdź, czy umiesz (cele działu)

  • [ ] Opisywać budowę jądra, izotopy i bilansować reakcje jądrowe.
  • [ ] Posługiwać się energią spoczynkową, energią wiązania, deficytem masy i czasem połowicznym.
  • [ ] Opisywać promieniowanie α/β/γ, energetykę jądrową (rozszczepienie, fuzja) i wpływ promieniowania.
  • [ ] [R] Posługiwać się elementami STW ($E=mc^2$, energia całkowita, niezmienniczość $c$); liczyć $\Delta m$ i $E_w$ dla izotopu oraz liczbę jąder po dowolnym czasie; opisywać rozpady β⁻/β⁺, cykl proton–proton, datowanie ¹⁴C i kreację/anihilację par.