Energia di massa
Energia di massa: definizione e spiegazione
L'energia di massa (Em) è l'energia associata alla massa di un corpo.
Calcolo dell'energia di massa
Essa viene espressa dalla nota formula di Einstein:
E = m · c2
dove m è la massa del corpo in kg e c la velocità della luce: C = 3·108 m/s.
L'equazione appena scritta mette in evidenza l'equivalenza fra massa ed energia, nel senso che la materia che apparentemente scompare nel corso di una reazione nucleare si trasforma in una quantità di energia Em pari a m·c2.
Parlare di equivalenza fra massa ed energia significa affermare che la materia altro non è che una delle innumerevoli forme che l'energia assume, cioè una specie di energia materializzata.
Il valore della velocità della luce c è un numero estremamente grande (3·108 m/s) e il suo quadrato corrisponde, ad un valore enorme cioè 9 ·1016.
Questo significa che una piccola quantità di materia può essere equiparato ad una quantità elevatissima di energia, e viceversa.
Però, la possibilità di effettuare una trasformazione della materia in energia avviene solo in casi particolari: la fissione nucleare è uno di questi.
Grazie a questo fenomeno, parte della massa di sostanze radioattive può essere converita in energia che può essere usata a scopi benefici come nelle centrali nucleari o a scopi distruttivi di massa come nella esplosione di una bomba atomica.
Difetto di massa
Confrontando il valore della massa di un nucleo determinata sperimentalmente con il valore teorico calcolato come somma delle masse dei neutroni e dei protoni che lo costituiscono, risulta che il valore della massa calcolato teoricamente è maggiore di quello determinato sperimentalemnte.
La differenza tra i due valori (difetto di massa) consente di determinare, mediante la relazione E = m · c2, la quantità di energia liberata nella formazione del nucleo considerato.
Questa per definizione si assume come valore dell'energia nucleare.
Esercizio
Il valore della massa atomica dell'isotopo 200Hg calcolata come somma delle masse dei neutroni e dei protoni che lo costituiscono è 201,6658 uma, mentre la massa atomica determinata sperimentalmente è soltanto 199,9683 uma. Determinare il valore dell'energia nucleare.
Per risolvere l'esercizio bisogna applicare la relazione:
E = m · c2
in cui m è il difetto di massa ovvero la differenza tra il valore della massa teorica di un nucleo e quella determinata sperimentalmente. Essa vale:
m = 201,6658 - 199,9683 = 1,6975 uma
che corrispondono a:
m = 1,6975 uma · (1,66 · 10-27) kg/uma = 2,818 · 10-27 kg
Quindi:
E = m · c2 = 2,818 · 10-27 · (3 · 108)2 = 2,536 · 10-10 J
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