結合エネルギーとは？

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薪を見て、「ああ、それをバラバラにするのにどれだけのエネルギーが必要だろう」と自分に言いましたか？おそらく、そうしたことはないでしょう。しかし、物理学者にとって、何かを構成要素に分割するのにどれだけのエネルギーが必要かを尋ねることは、実際にはかなり重要な問題です。

物理学の分野では、これは結合エネルギーとして知られているもの、または原子を個別の部分に分解するために必要な機械的エネルギーの量です。この概念は、原子レベル、核レベルを含むさまざまなレベルの科学者によって、また天体物理学や化学で使用されています。

核力：

基本的な化学や物理学を覚えている人なら誰でも知っているように、原子は核子と呼ばれる素粒子で構成されています。これらは正に荷電した粒子（陽子）と中性粒子（中性子）で構成され、それらは中心（核）に配置されます。これらは、核を周回する電子に囲まれており、異なるエネルギー準位に配置されています。

根本的に異なる電荷を持つ素粒子が非常に接近して存在できる理由は、強力な核力、つまり素粒子を短い距離で引き寄せることを可能にする宇宙の基本的な力の存在によるものです。粒子を互いに反発させるのは、この力が反発力（クーロン力として知られています）を打ち消すためです。

したがって、核を同じ数の自由な非結合中性子と陽子に分割しようとすると、強い核力によって粒子が相互作用しなくなるほど互いに遠く離れているため、破壊するのに十分なエネルギーが必要になります。これらの核結合。

したがって、結合エネルギーは、強い核力の結合を破壊するために必要なエネルギー量であるだけでなく、核子をまとめて保持している結合の強度の尺度でもあります。

核分裂と核融合：

核子を分離するには、核にエネルギーを供給しなければなりません。これは通常、核に高エネルギー粒子を衝突させることによって達成されます。. 重い原子核（ウランやプルトニウム原子など）に陽子を衝突させる場合、これは核分裂と呼ばれます。

ただし、結合エネルギーは、核融合においても役割を果たします。核融合では、軽い原子核（水素原子など）が高エネルギー状態で結合されます。軽い原子核が融合したとき、または重い原子核が分裂したときに、生成物の結合エネルギーが高い場合、これらのプロセスのいずれかによって「余分な」結合エネルギーが放出されます。このエネルギーは、原子力エネルギー、または大まかに原子力と呼ばれています。

核の質量は、それを構成する個々の構成核子の質量の合計よりも常に小さいことが観察されています。核子が分裂して小さな核を形成したり、融合して大きな核を形成したりするときに生じる質量の「損失」も、結合エネルギーに起因します。この失われた質量は、プロセス中に熱または光の形で失われる可能性があります。

システムが通常の温度に冷やされ、エネルギーレベルの観点から基底状態に戻ると、システムに残っている質量が少なくなります。その場合、除去された熱は質量の「不足」を正確に表し、熱自体が（初期システムの観点から）失われた質量を保持します。この質量は、熱を吸収して熱エネルギーを得る他のシステムに現れます。

結合エネルギーの種類：

厳密に言えば、特定の研究分野に基づいたいくつかの異なるタイプの結合エネルギーがあります。素粒子物理学の場合、結合エネルギーは、原子が電磁相互作用から派生するエネルギーを指し、原子を自由核子に分解するのに必要なエネルギー量でもあります。

原子、分子、またはイオンから電子を取り除く場合、必要なエネルギーは「電子結合エネルギー」（別名、イオン化ポテンシャル）として知られています。一般に、核内の単一の陽子または中性子の結合エネルギーは、原子内の単一の電子の結合エネルギーよりも約100万倍大きい。

天体物理学では、科学者は「重力結合エネルギー」という用語を使用して、重力だけで一緒に保持されているオブジェクト（つまり、星、惑星、または彗星。それはまた、無限から落下する物質からそのような物体が降着する間に解放される（通常は熱の形で）エネルギーの量を指します。

最後に、「結合」エネルギーと呼ばれるものがあります。これは、化学結合の結合強度の尺度であり、化学物質をその構成原子に分解するために必要なエネルギー（熱）の量でもあります。基本的に、結合エネルギーは私たちの宇宙を結合するまさにそれです。そして、それのさまざまな部分がばらばらになるとき、それはそれを実行するために必要なエネルギー量です。

結合エネルギーの研究には数多くの用途があり、原子力、電力、化学製品の製造にとどまりません。そして、今後数十年で、それは核融合の開発に本質的なものになるでしょう！

スペースマガジンの結合エネルギーに関する多くの記事を書いています。ボーアの原子モデルとは何ですか、ジョンダルトンの原子モデルとは何ですか、プラムプディングの原子モデルとは何ですか、原子質量とは何ですか、星の核融合です。

結合エネルギーの詳細が必要な場合は、核結合エネルギーに関するハイパーフィジックスの記事をご覧ください。

また、宇宙の重要な数字に関するすべての天文学キャストのエピソード全体を録音しました。ここで聞いてください、エピソード45：宇宙の重要な数字。

出典：