O que é energia de ligação nuclear?
O núcleo de um átomo é seu núcleo central, que consiste em um ou mais prótons e, com exceção apenas da forma mais leve de hidrogênio, também nêutrons. Não há cobrança para um nêutron, mas algo os impede de escapar do núcleo. Além disso, todo próton dentro do núcleo é carregado positivamente; eles devem se repelir, esvaziando o núcleo - alguma energia também impede isso. Por definição, a energia que mantém todas essas partículas dentro do núcleo é a "energia de ligação nuclear". Desde que Einstein descobriu a relação matemática que iguala matéria com energia - E = mc 2 , onde E é a energia, m é a massa ec é a velocidade da luz - a energia de ligação nuclear pode ser calculada com relativa facilidade.
A massa dentro do núcleo vem de duas fontes. Uma é a massa que cada partícula conteria se estivesse isolada, livre de carga ou de interações gravitacionais. A segunda fonte de massa é o aumento diretamente atribuível à energia de ligação nuclear. Essas duas fontes dão origem à equação m (t) = m (fp) + m (nbf) , onde "t" representa total, "fp" representa partícula livre e "nbf" representa força de ligação nuclear. Como não existe energia negativa, a massa atribuível à energia de ligação nuclear deve ser positiva e a energia de um núcleo total, maior que a soma de seus nêutrons e prótons.
Inserindo essa forma de massa na equação original, a energia total de um núcleo é E (t) = m (t) c 2 . Expandir essa equação na íntegra dá E (t) = (m (fp) + m (nbf) ) c 2 . Multiplicando isso, obtemos E (t) = m (fp) c 2 + m (nbf) c 2 . Agora, se a energia atribuível a partículas individuais isoladas é subtraída, essa equação se reduz a E (t) - E (fp) = ΔE = m (nbf) c 2 , onde ΔE é o aumento de energia acima da das partículas livres - a energia de ligação nuclear.
A fissão nuclear, ou a divisão do núcleo atômico para produzir átomos menores, cada qual com sua própria energia de ligação, é de particular importância para o projeto e operação de usinas de energia. A energia de ligação dos átomos resultantes, subtraída da energia de ligação dos átomos de partida, fornece o rendimento líquido que é aplicado de forma construtiva ou destrutiva. Os usos construtivos dessa energia nuclear incluem a produção de eletricidade, medindo quase um quinto de toda a energia elétrica nos Estados Unidos e mais de três quartos da energia usada na França.