Protons et neutrons serrés dans un minuscule noyau : quelle énergie les retient ?
www.ndolomath.comFiche de révision de Physique : « Le noyau atomique », proposée par ndolomath.comndolomath
Le noyau atomique
💡 Idée principale : le noyau contient Z protons et N neutrons. Sa masse est inférieure à la somme des masses des nucléons : ce défaut de masse correspond à l’énergie de liaison, .
Étapes résumées
Notation , avec A = Z + N.
Isotopes : même Z, A différent.
Défaut de masse : .
Énergie de liaison par nucléon : indicateur de stabilité (courbe d’Aston).
Composition du noyau
1. Protons et neutrons
Les nucléons sont liés par l’interaction forte.
Le carbone 12 a 6 protons et 6 neutrons.
Le rayon d’un noyau est de l’ordre de m.
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2
Isotopes
Des noyaux isotopes ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de neutrons.
Exemple :, et .
3. Comprendre la cohésion du noyau
Les protons sont tous chargés positivement : ils devraient se repousser violemment. S’ils restent serrés, c’est grâce à l’interaction forte, très intense mais de très courte portée, qui attire protons et neutrons. Les neutrons jouent un rôle de « colle » : sans eux, les noyaux lourds ne pourraient pas exister.
Énergie de liaison
On utilise souvent l’unité de masse atomique : 1 u ≈ 931,5 MeV/c².
Exemple guidé
Énoncé
Le défaut de masse de l’hélium 4 vaut 0,0304 u. Calcule son énergie de liaison et l’énergie par nucléon.
Solution
. .
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Courbe d’Aston
Les noyaux les plus stables ont A ≈ 60 (fer).
Les noyaux lourds peuvent fissionner, les légers fusionner : les deux libèrent de l’énergie.
Calculer une énergie de liaison
Exercice type
Énoncé
Calcule l’énergie de liaison par nucléon de l’hélium 4. Données : , , , .
Solution
Défaut de masse : . . Par nucléon : .
Lire la courbe d’Aston
Plus est grande, plus le noyau est stable ; le fer 56 est vers le sommet.
Les noyaux lourds gagnent en stabilité en se cassant (fission), les légers en fusionnant.
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À toi de jouer
1. Combien de neutrons dans ?
2. Que représente Δm c² ?
3. Quel noyau est parmi les plus stables ?
Réponses : 143 · l’énergie de liaison · le fer. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
Erreurs fréquentes
A est le nombre de nucléons, pas de neutrons.
La masse du noyau est plus petite que la somme des masses de ses nucléons.
Unités : MeV et u à manier avec soin.
Méthode
Calcule Δm, convertis en énergie avec 931,5 MeV/u, puis divise par A pour comparer la stabilité.
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