बंध ऊर्जा

भौतिकी और रसायन विज्ञान में, बाध्यकारी ऊर्जा कणों की एक प्रणाली से एक कण को ​​​​हटाने या व्यक्तिगत भागों में कणों की एक प्रणाली को अलग करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की सबसे छोटी मात्रा है। पूर्व अर्थ में यह शब्द मुख्य रूप से संघनित पदार्थ भौतिकी, परमाणु भौतिकी और रसायन विज्ञान में उपयोग किया जाता है, जबकि परमाणु भौतिकी में शब्द पृथक्करण ऊर्जा का उपयोग किया जाता है।

एक बाउंड सिस्टम आमतौर पर अपने अनबाउंड घटकों की तुलना में कम ऊर्जा स्तर पर होता है। सापेक्षता सिद्धांत के अनुसार, ए ΔE एक प्रणाली की कुल ऊर्जा में कमी कमी के साथ है Δm कुल द्रव्यमान में, कहाँ Δmc² = ΔE.

बाध्यकारी ऊर्जा के प्रकार

कई प्रकार की बाध्यकारी ऊर्जा होती है, प्रत्येक एक अलग दूरी और ऊर्जा पैमाने पर काम करती है। एक बाध्य प्रणाली का आकार जितना छोटा होता है, उससे जुड़ी बाध्यकारी ऊर्जा उतनी ही अधिक होती है।

Type	Description	Example	Level
Gravitational binding energy	The gravitational binding energy of an object, such as a celestial body, is the energy required to expand the material to infinity.	If a body with the mass and radius of Earth were made purely of hydrogen-1, then the gravitational binding energy of that body would be about 0.391658 eV per atom. If a hydrogen-1 body had the mass and radius of the Sun, its gravitational binding energy would be about 1,195.586 eV per atom.	Astrophysical level
Bond energy; Bond-dissociation energy	Bond energy and bond-dissociation energy are measures of the binding energy between the atoms in a chemical bond. It is the energy required to disassemble a molecule into its constituent atoms. This energy appears as chemical energy, such as that released in chemical explosions, the burning of chemical fuel and biological processes. Bond energies and bond-dissociation energies are typically in the range of a few eV per bond.	The bond-dissociation energy of a carbon-carbon bond is about 3.6 eV.	Molecular level
Electron binding energy; Ionization energy	Electron binding energy, more commonly known as ionization energy, is a measure of the energy required to free an electron from its atomic orbital or from a solid. The electron binding energy derives from the electromagnetic interaction of the electron with the nucleus and the other electrons of the atom, molecule or solid and is mediated by photons.	Among the chemical elements, the range of ionization energies is from 3.8939 eV for the outermost electron in an atom of caesium to 11.567617 keV for the innermost electron in an atom of copper.	Atomic level
Atomic binding energy	The atomic binding energy of the atom is the energy required to disassemble an atom into free electrons and a nucleus. It is the sum of the ionization energies of all the electrons belonging to a specific atom. The atomic binding energy derives from the electromagnetic interaction of the electrons with the nucleus, mediated by photons.	For an atom of helium, with 2 electrons, the atomic binding energy is the sum of the energy of first ionization (24.587 eV) and the energy of second ionization (54.418 eV), for a total of 79.005 eV.	Atomic level
Nuclear binding energy	Nuclear binding energy is the energy required to disassemble a nucleus into the free, unbound neutrons and protons it is composed of. It is the energy equivalent of the mass defect, the difference between the mass number of a nucleus and its measured mass. Nuclear binding energy derives from the nuclear force or residual strong force, which is mediated by three types of mesons.	The average nuclear binding energy per nucleon ranges from 2.22452 MeV for hydrogen-2 to 8.7945 MeV for nickel-62.	Nuclear level
Quantum chromodynamics binding energy	Quantum chromodynamics binding energy is misusing the denomination of a lack of energy. It addresses the mass and kinetic energy of the parts that bind the various quarks together inside a hadron. This energy derives from the strong interaction, which is mediated by gluons through virtual gluons and sea quarks.	The chromodynamic binding energy inside a nucleon amounts to approximately 99% of the nucleon's mass. The chromodynamic binding energy of a proton is about 928.9 MeV, while that of a neutron is about 927.7 MeV. Large binding energy between bottom quarks (280 MeV) causes some (theoretically expected) reactions with lambda baryons to release 138 MeV per event.	Elementary particle level

द्रव्यमान-ऊर्जा संबंध

Main articles: Mass–energy equivalence and Mass in special relativity

एक बाउंड सिस्टम आमतौर पर अपने अनबाउंड घटकों की तुलना में कम ऊर्जा स्तर पर होता है क्योंकि इसका द्रव्यमान इसके अनबाउंड घटकों के कुल द्रव्यमान से कम होना चाहिए। कम बाध्यकारी ऊर्जा वाली प्रणालियों के लिए, बंधन के बाद यह खोया हुआ द्रव्यमान आंशिक रूप से छोटा हो सकता है, जबकि उच्च बाध्यकारी ऊर्जा वाले सिस्टम के लिए, लापता द्रव्यमान आसानी से मापने योग्य अंश हो सकता है। आइंस्टीन के समीकरण मास-एनर्जी समकक्ष के माध्यम से हटाए गए द्रव्यमान के अनुरूप हटाए गए ऊर्जा के साथ गर्मी या प्रकाश के रूप में ऊर्जा के रूप में बंधन की प्रक्रिया के दौरान यह लापता द्रव्यमान खो सकता है।E = mc². बाध्यकारी की प्रक्रिया में, प्रणाली के घटक अपने द्रव्यमान को बनाए रखते हुए नाभिक/परमाणु/अणु के उच्च ऊर्जा राज्यों में प्रवेश कर सकते हैं, और इस वजह से, यह आवश्यक है कि द्रव्यमान घटने से पहले उन्हें सिस्टम से हटा दिया जाए। एक बार जब सिस्टम सामान्य तापमान तक ठंडा हो जाता है और ऊर्जा स्तरों के संबंध में जमीनी अवस्था में लौट आता है, तो इसमें पहले की तुलना में कम द्रव्यमान होगा और उच्च ऊर्जा पर होगा। गर्मी का यह नुकसान द्रव्यमान की कमी का प्रतिनिधित्व करता है, और गर्मी ही उस द्रव्यमान को बनाए रखती है जो खो गया था (प्रारंभिक प्रणाली के दृष्टिकोण से)। यह द्रव्यमान किसी अन्य प्रणाली में दिखाई देगा जो गर्मी को अवशोषित करता है और तापीय ऊर्जा प्राप्त करता है। उदाहरण के लिए, यदि दो वस्तुएँ अपने गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के माध्यम से अंतरिक्ष में एक दूसरे को आकर्षित कर रही हैं, तो आकर्षण बल वस्तुओं को गति देता है, जिससे उनका वेग बढ़ जाता है, जो उनकी संभावित ऊर्जा (गुरुत्वाकर्षण) को गतिज ऊर्जा में परिवर्तित कर देता है। जब कण या तो परस्पर क्रिया के बिना एक-दूसरे से गुजरते हैं या टक्कर के दौरान प्रत्यास्थ रूप से पीछे हटते हैं, तो प्राप्त गतिज ऊर्जा (गति से संबंधित) संभावित ऊर्जा में वापस आने लगती है, जिससे टकराए हुए कण अलग हो जाते हैं। गतिमान कण प्रारंभिक दूरी पर और उससे आगे अनंत में वापस आ जाएंगे, या रुकेंगे और टकराव को दोहराएंगे (दोलन होता है)। इससे पता चलता है कि प्रणाली, जो कोई ऊर्जा नहीं खोती है, एक ठोस वस्तु में संयोजित (बांध) नहीं करती है, जिसके कुछ हिस्से कम दूरी पर दोलन करते हैं। इसलिए, कणों को बाँधने के लिए, आकर्षण के कारण प्राप्त गतिज ऊर्जा को प्रतिरोधक बल द्वारा नष्ट किया जाना चाहिए। टकराव में जटिल वस्तुएं आम तौर पर अनैच्छिक टक्कर से गुजरती हैं, कुछ गतिज ऊर्जा को आंतरिक ऊर्जा (ऊष्मा सामग्री, जो परमाणु आंदोलन है) में परिवर्तित करती है, जो आगे फोटॉन के रूप में विकीर्ण होती है – प्रकाश और गर्मी। एक बार जब गुरुत्वाकर्षण से बचने की ऊर्जा टक्कर में समाप्त हो जाती है, तो पुर्जे एक निकट, संभवतः परमाणु, दूरी पर दोलन करेंगे, इस प्रकार एक ठोस वस्तु की तरह दिखाई देंगे। वस्तुओं को अलग करने के लिए संभावित बाधा को दूर करने के लिए आवश्यक यह खोई हुई ऊर्जा बाध्यकारी ऊर्जा है। यदि इस बाध्यकारी ऊर्जा को सिस्टम में गर्मी के रूप में बनाए रखा जाता है, तो इसका द्रव्यमान कम नहीं होगा, जबकि बाध्यकारी ऊर्जा सिस्टम से खो जाती है क्योंकि गर्मी विकिरण में ही द्रव्यमान होता है। यह सीधे तौर पर कोल्ड, बाउंड सिस्टम की मास डेफिसिट को दर्शाता है।

रासायनिक और परमाणु प्रतिक्रिया ओं में बारीकी से समान विचार लागू होते हैं। बंद प्रणालियों में एक्सोथर्मिक रासायनिक प्रतिक्रियाएं द्रव्यमान में परिवर्तन नहीं करती हैं, लेकिन प्रतिक्रिया की गर्मी को हटा दिए जाने के बाद कम भारी हो जाती हैं, हालांकि यह द्रव्यमान परिवर्तन मानक उपकरणों के साथ मापने के लिए बहुत छोटा है। परमाणु प्रतिक्रियाओं में, द्रव्यमान का अंश जिसे प्रकाश या गर्मी के रूप में हटाया जा सकता है, अर्थात बाध्यकारी ऊर्जा, अक्सर सिस्टम द्रव्यमान का एक बड़ा अंश होता है। इस प्रकार इसे सीधे अभिकारकों और (ठंडा) उत्पादों के बाकी द्रव्यमानों के बीच द्रव्यमान अंतर के रूप में मापा जा सकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि रसायन विज्ञान में गर्मी उत्पन्न करने वाले इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन के बीच परस्पर क्रिया से जुड़े कूलम्बिक बलों की तुलना में परमाणु बल तुलनात्मक रूप से मजबूत होते हैं।

मास परिवर्तन

बाध्य प्रणालियों में द्रव्यमान परिवर्तन (कमी), विशेष रूप से परमाणु नाभिक, को द्रव्यमान दोष, द्रव्यमान घाटा, या द्रव्यमान पैकिंग अंश भी कहा गया है। अनबाउंड सिस्टम परिकलित द्रव्यमान और प्रयोगात्मक रूप से नाभिक के द्रव्यमान (द्रव्यमान परिवर्तन) के बीच अंतर को Δm के रूप में दर्शाया गया है। इसकी गणना निम्नानुसार की जा सकती है:

द्रव्यमान परिवर्तन = (अनबाउंड सिस्टम परिकलित द्रव्यमान) - (सिस्टम का मापा द्रव्यमान)

उदा. (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का योग) - (नाभिक का मापा द्रव्यमान)

एक परमाणु प्रतिक्रिया होने के बाद जो एक उत्तेजित नाभिक में परिणत होती है, वह ऊर्जा जो विकिरण होनी चाहिए या अन्यथा बाध्यकारी ऊर्जा के रूप में हटा दी जाती है ताकि अप्रकाशित अवस्था में क्षय हो सके, कई रूपों में से एक हो सकती है। यह विद्युत चुम्बकीय तरंगें हो सकती हैं, जैसे गामा विकिरण ; एक उत्सर्जित कण की गतिज ऊर्जा, जैसे एक इलेक्ट्रॉन, आंतरिक रूपांतरण क्षय में; या आंशिक रूप से एक या अधिक उत्सर्जित कणों के शेष द्रव्यमान के रूप में, जैसे कि बीटा क्षय के कण। सिद्धांत रूप में, जब तक यह विकिरण या यह ऊर्जा उत्सर्जित नहीं हो जाती है और अब यह प्रणाली का हिस्सा नहीं है, तब तक द्रव्यमान की कमी प्रकट नहीं हो सकती है।

जब न्यूक्लियॉन एक साथ जुड़कर एक नाभिक बनाते हैं, तो उन्हें द्रव्यमान की थोड़ी मात्रा खोनी चाहिए, अर्थात बंधे रहने के लिए द्रव्यमान में परिवर्तन होता है। संबंध के अनुसार इस द्रव्यमान परिवर्तन को विभिन्न प्रकार के फोटॉन या अन्य कण ऊर्जा के रूप में जारी किया जाना चाहिए E = mc². इस प्रकार, बाध्यकारी ऊर्जा को हटा दिए जाने के बाद, बाध्यकारी ऊर्जा = द्रव्यमान परिवर्तन × c². यह ऊर्जा उन बलों का माप है जो नाभिकों को एक साथ बांधे रखते हैं। यह ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है जिसे नाभिक के लिए अलग-अलग नाभिकों में विभाजित करने के लिए पर्यावरण से पुन: आपूर्ति की जानी चाहिए।

उदाहरण के लिए, ड्यूटेरियम के एक परमाणु का द्रव्यमान दोष 0.0023884 Da है, और इसकी बाध्यकारी ऊर्जा लगभग 2.23 MeV के बराबर है। इसका अर्थ है कि ड्यूटेरियम के एक परमाणु को विघटित करने के लिए 2.23 MeV की ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

परमाणु संलयन या परमाणु विखंडन के दौरान दी गई ऊर्जा ईंधन की बाध्यकारी ऊर्जा, यानी प्रारंभिक न्यूक्लाइड (ओं) का अंतर है, जो विखंडन या संलयन उत्पादों से होती है। व्यवहार में, इस ऊर्जा की गणना ईंधन और उत्पादों के बीच पर्याप्त द्रव्यमान अंतर से भी की जा सकती है, जो ज्ञात न्यूक्लाइड के परमाणु द्रव्यमान के पिछले मापों का उपयोग करता है, जो हमेशा प्रत्येक प्रजाति के लिए समान द्रव्यमान रखता है। यह द्रव्यमान अंतर एक बार विकसित गर्मी और विकिरण को हटा दिया गया है, जो इस तरह की गणना में शामिल (गैर-उत्तेजित) न्यूक्लाइड के (बाकी) द्रव्यमान को मापने के लिए आवश्यक है।

यह भी देखें

• बंधन ऊर्जा और बंधन-पृथक्करण ऊर्जा
• गुरुत्वीय बंधन ऊर्जा
• आयनीकरण ऊर्जा (एक इलेक्ट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा)
• परमाणु बाध्यकारी ऊर्जा
• क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स बाइंडिंग एनर्जी
• अर्ध-अनुभवजन्य जन सूत्र
• पृथक्करण ऊर्जा (एक नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा)
• वायरल मास
• प्राउट की परिकल्पना, परमाणु का एक प्रारंभिक मॉडल जिसमें द्रव्यमान दोष का कोई हिसाब नहीं था

इस पेज में लापता आंतरिक लिंक की सूची

• जुदाई ऊर्जा
• बेलोचदार टक्कर
• विश्राम मास
• परमाणु भार
• गुरुत्वाकर्षण बाध्यकारी ऊर्जा
• वायरल द्रव्यमान
• अर्ध-अनुभवजन्य द्रव्यमान सूत्र
• सामूहिक दोष

बाहरी कड़ियाँ

• Nuclear Binding Energy
• Mass and Nuclide Stability
• Experimental atomic mass data compiled Nov. 2003

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