¿Cómo justificaríamos el principio de conservación de la energía en caso de fisión nuclear y reacciones de fusión?

Answer 1

P: Tanto la fisión como la fusión aparentemente producen energía. ¿Cómo puede conciliar esto con la ley de conservación de la energía?

Más fácil de lo que puedas imaginar.

Primero, no tiene nada que ver con la conservación. Simplemente parece contrario a la intuición que los procesos opuestos liberan energía. Y eso es porque lo estás mirando mal.

Es complicado explicar por qué, pero tiene que ver con la energía de unión de neutrones y protones en los núcleos atómicos, y se llama, apropiadamente, el “Pico de Hierro”.

En pocas palabras, los elementos más pesados ​​tienen más energía por nucleón que mantiene unidos sus núcleos. Hasta cierto punto, se necesita una entrada de energía para separar los núcleos. Más allá de ese punto, libera energía para separarlos. El hierro está justo en el punto de inflexión.

Para los elementos más ligeros que el hierro en la tabla periódica, la fusión libera energía y la fisión la consume. Para el hierro y todo lo más pesado, la fisión libera energía pero la fusión la consume. Es por eso que las bombas de fisión son alimentadas por uranio o plutonio (más pesado que el hierro) mientras que las bombas de fusión son alimentadas por hidrógeno o litio * (mucho más ligero).

También es cómo sabemos que todos los elementos, desde el helio hasta el hierro, están hechos por fusión dentro de las estrellas, y todos los elementos más pesados ​​que el hierro requieren las enormes energías de las explosiones de supernovas. Es por eso que los elementos más pesados ​​que el hierro son relativamente raros, y por qué el oro, por ejemplo, es tan valioso.

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* Todas las bombas de fusión construidas hasta la fecha son activadas por fisión y, por lo tanto, requieren uranio o plutonio, pero eso no tiene nada que ver con la fusión. Simplemente no tenemos una forma práctica de liberar suficiente energía, calor y presión para iniciar la fusión de ninguna otra manera.

Answer 2

La fusión en realidad implica fisión, y la fisión en realidad invoca la fusión, al menos para muchos de estos ejemplos.

Tome la “fisión” que impulsa una bomba nuclear o un reactor nuclear. Comienza cuando un átomo de U-235 se fusiona con un neutrón. Eso es fusión! La partícula resultante es radiactiva y sufre una serie de desintegraciones radiactivas, la última de las cuales es la ruptura del núcleo en dos grandes piezas, el fenómeno que generalmente llamamos “fisión”. Pero comienza con una fusión (de una partícula pequeña, un neutrones, con uno grande, un núcleo de uranio).

Tome la “fusión” que tiene lugar en una bomba nuclear. Comenzamos con dos isótopos de hidrógeno: deuterio y tritio. Estos se fusionan para formar una combinación inestable que rápidamente se fisiona en un núcleo de helio y un neutrón. La energía se libera en este reactor de fusión solo cuando la combinación se fisiona .

Entonces, ambos procesos consisten en fusión seguida de fisión. Históricamente lo llamamos “fisión” cuando los objetos resultantes son más pequeños que los iniciales, y “fusión” cuando lo contrario es cierto. Pero eso es solo semántica.

Answer 3

Dado que la energía y la masa se pueden convertir de una a otra, se convierte en la conservación de la energía de la masa, no solo en la conservación de la energía.

Tanto la fisión como la fusión obedecen a la conservación de la energía de masa, que se puede ver cuando se observa la masa de las entradas y salidas. Por ejemplo, cuando el uranio se divide, los núcleos y neutrones resultantes pesan un poco menos que el original: la masa que falta se convierte en energía. Del mismo modo, cuando el deuterio y el tritio se fusionan, el resultado pesa un poco menos que las entradas. Es una regla general que la cantidad que gana es menor cuanto más cerca se encuentre del centro de la tabla periódica, por eso fusionamos átomos ligeros y fisionamos los pesados.

Answer 4

Encontrarás algunas buenas respuestas a una pregunta muy similar: ¿Por qué la reacción de fusión y la reacción de fisión liberan energía?

Answer 5

Ambas reacciones de fusión y fisión tienen lugar con una diferencia general en la masa.
Se pierde masa durante estos dos procesos nucleares.

La E = mc [matemática] ^ 2 [/ matemática] de Einstein habla de la dualidad que existe entre la materia y la energía.
Se encuentra que la energía se conserva cuando se entiende y se utiliza esta relación.

Answer 6

Decir que la energía es producida tanto por fisión como por fusión es quizás un uso descuidado de la palabra “producido”. Sin embargo, es preciso en el sentido de la palabra que se usa para describir al padre que regresa produciendo un regalo para su hijo desde donde estaba escondido, detrás de él.

La energía que se almacenó en la unión de un núcleo en la explosión de una supernova, se libera en un reactor de fisión. Es energía “nueva” en el sentido de que se almacenó hace mucho tiempo y lejos, y nada más podría acceder a esa energía excepto nosotros.

Answer 7

Porque en ambos casos terminas con menos masa total de la que comenzaste, y la diferencia se convierte en energía.

En la fisión, se divide un átomo pesado y las dos partes restantes tienen una masa menor que la original. En la fusión, se combinan dos átomos de luz y las nuevas masas de átomos menos que la suma de las dos partes originales.

Answer 8

Una pequeña cantidad de la masa del combustible nuclear se convierte en energía consistente con la ecuación de Einstein e = mc ^ 2.