Pernahkah anda melihat sepotong kayu bakar dan berkata kepada diri sendiri, "Wah, saya tertanya-tanya berapa banyak tenaga yang diperlukan untuk membelah benda itu"? Kemungkinan, tidak, tidak banyak orang melakukannya. Tetapi bagi ahli fizik, bertanya berapa banyak tenaga yang diperlukan untuk memisahkan sesuatu ke dalam komponennya sebenarnya adalah soalan yang sangat penting.
Dalam bidang fizik, inilah yang dikenali sebagai tenaga pengikat, atau jumlah tenaga mekanik yang diperlukan untuk membongkar atom ke bahagiannya yang terpisah. Konsep ini digunakan oleh para saintis pada berbagai tahap, yang merangkumi tahap atom, tahap nuklear, dan dalam astrofizik dan kimia.
Angkatan Nuklear:
Seperti yang diketahui oleh sesiapa sahaja yang mengingat asas kimia atau fiziknya, atom terdiri daripada zarah subatom yang dikenali sebagai nukleon. Ini terdiri daripada zarah bermuatan positif (proton) dan zarah neutral (neutron) yang disusun di tengah (di inti). Ini dikelilingi oleh elektron yang mengorbit nukleus dan disusun dalam tahap tenaga yang berbeza.
Sebab mengapa zarah-zarah subatom yang mempunyai muatan asas yang berbeza dapat wujud begitu dekat adalah kerana adanya Angkatan Nuklear Kuat - kekuatan asas alam semesta yang membolehkan zarah-zarah subatom tertarik pada jarak pendek. Kekuatan inilah yang melawan daya tolakan (dikenali sebagai Angkatan Coulomb) yang menyebabkan zarah saling menghalau satu sama lain.
Oleh itu, sebarang percubaan untuk membahagi nukleus menjadi bilangan neutron dan proton bebas yang sama - sehingga keduanya cukup jauh / jauh sehingga daya nuklear yang kuat tidak lagi dapat menyebabkan zarah berinteraksi - akan memerlukan tenaga yang cukup untuk memecahkan ikatan nuklear ini.
Oleh itu, tenaga pengikat bukan hanya jumlah tenaga yang diperlukan untuk memutuskan ikatan kekuatan nuklear yang kuat, tetapi juga ukuran kekuatan ikatan yang menyatukan nukleon.
Pembelahan Nuklear dan Peleburan:
Untuk memisahkan nukleon, tenaga mesti dibekalkan ke nukleus, yang biasanya dicapai dengan mengebom nukleus dengan zarah-zarah tenaga tinggi. Sekiranya berlaku pengeboman inti atom berat (seperti atom uranium atau plutonium) dengan proton, ini dikenali sebagai pembelahan nuklear.
Walau bagaimanapun, tenaga pengikat juga berperanan dalam peleburan nuklear, di mana inti cahaya bersama (seperti atom hidrogen), terikat bersama di bawah keadaan tenaga tinggi. Sekiranya tenaga pengikat untuk produk lebih tinggi ketika sekering nukleus ringan, atau ketika inti berat berpecah, salah satu daripada proses ini akan menghasilkan pelepasan tenaga pengikat "tambahan". Tenaga ini disebut sebagai tenaga nuklear, atau longgar sebagai tenaga nuklear.
Telah diperhatikan bahawa jisim setiap nukleus selalu lebih kecil daripada jumlah jisim setiap nukleon konstituen yang membentuknya. "Kehilangan" jisim yang terjadi ketika nukleon dibelah untuk membentuk nukleus yang lebih kecil, atau bergabung untuk membentuk nukleus yang lebih besar, juga dikaitkan dengan tenaga yang mengikat. Jisim yang hilang ini mungkin hilang semasa proses dalam bentuk panas atau cahaya.
Setelah sistem sejuk ke suhu normal dan kembali ke keadaan tanah dari segi tahap tenaga, terdapat lebih sedikit jisim yang tersisa di dalam sistem. Dalam kes itu, haba yang dikeluarkan mewakili tepat "defisit" jisim, dan haba itu sendiri mengekalkan jisim yang hilang (dari sudut pandang sistem awal). Jisim ini muncul dalam sistem lain yang menyerap haba dan memperoleh tenaga terma.
Jenis Tenaga Pengikat:
Tegasnya, terdapat beberapa jenis tenaga pengikat yang berlainan, berdasarkan bidang pengajian tertentu. Ketika datang ke fizik partikel, tenaga pengikat merujuk kepada tenaga yang dihasilkan atom dari interaksi elektromagnetik, dan juga jumlah tenaga yang diperlukan untuk membongkar atom menjadi nukleon bebas.
Dalam kes mengeluarkan elektron dari atom, molekul, atau ion, tenaga yang diperlukan dikenali sebagai "tenaga pengikat elektron" (aka. Ionisasi potensial). Secara amnya, tenaga pengikatan proton tunggal atau neutron dalam nukleus kira-kira sejuta kali lebih besar daripada tenaga pengikatan elektron tunggal dalam atom.
Dalam astrofizik, saintis menggunakan istilah "tenaga pengikat graviti" untuk merujuk kepada jumlah tenaga yang diperlukan untuk menarik (hingga tak terhingga) objek yang disatukan oleh graviti sahaja - iaitu objek bintang seperti bintang, planet, atau komet. Ini juga merujuk kepada jumlah tenaga yang dibebaskan (biasanya dalam bentuk panas) semasa pertambahan objek seperti itu dari bahan yang jatuh dari tak terhingga.
Akhirnya, terdapat apa yang dikenali sebagai tenaga "ikatan", yang merupakan ukuran kekuatan ikatan dalam ikatan kimia, dan juga jumlah tenaga (haba) yang diperlukan untuk memecahkan sebatian kimia menjadi atom penyusunnya. Pada dasarnya, tenaga yang mengikat adalah perkara yang mengikat Alam Semesta kita bersama. Dan apabila pelbagai bahagiannya pecah, itu adalah jumlah tenaga yang diperlukan untuk melaksanakannya.
Kajian mengenai tenaga pengikat mempunyai banyak aplikasi, tidak kurang daripadanya adalah tenaga nuklear, elektrik, dan pembuatan kimia. Dan dalam beberapa tahun dan dekad akan datang, ini akan menjadi penting dalam pengembangan peleburan nuklear!
Kami telah menulis banyak artikel mengenai tenaga mengikat untuk Space Magazine. Inilah Model Atom Bohr ?, Apakah Model Atom John Dalton ?, Apakah Model Atomik Plum Pudding ?, Apa itu Jisim Atom ?, dan Fusion Nuklear di Bintang.
Sekiranya anda mahukan lebih banyak maklumat mengenai tenaga pengikat, lihat artikel Hyperphysics mengenai Tenaga Pengikat Nuklear.
Kami juga telah merakam keseluruhan episod Cast Astronomi mengenai Angka Penting di Alam Semesta. Dengarkan di sini, Episod 45: Nombor Penting di Alam Semesta.
Sumber:
- Wikipedia - Tenaga Mengikat
- Hyperphysics - Tenaga Pengikat Nuklear
- Persatuan Nuklear Eropah - Tenaga Mengikat
- Encyclopaedia Britannica - Tenaga Pengikat
