क्या आपने कभी जलाऊ लकड़ी के टुकड़े पर एक नज़र डाली है और अपने आप से कहा है, 'जी, मुझे आश्चर्य है कि उस चीज़ को अलग करने में कितनी ऊर्जा लगेगी'? संभावना है, नहीं, आपने नहीं किया है, कुछ लोग करते हैं। लेकिन भौतिकविदों के लिए, यह पूछना कि किसी चीज़ को उसके घटक टुकड़ों में अलग करने के लिए कितनी ऊर्जा की आवश्यकता है, वास्तव में एक बहुत ही महत्वपूर्ण प्रश्न है।
भौतिकी के क्षेत्र में, इसे बाध्यकारी ऊर्जा के रूप में जाना जाता है, या यांत्रिक ऊर्जा की मात्रा जो एक परमाणु को उसके अलग-अलग हिस्सों में अलग करने में लगती है। इस अवधारणा का उपयोग वैज्ञानिकों द्वारा कई अलग-अलग स्तरों पर किया जाता है, जिसमें परमाणु स्तर, परमाणु स्तर और खगोल भौतिकी और रसायन विज्ञान शामिल हैं।
परमाणु बल:
जैसा कि कोई भी जो अपने मूल रसायन विज्ञान या भौतिकी को याद रखता है, निश्चित रूप से जानता है, परमाणु उप-परमाणु कणों से बने होते हैं जिन्हें न्यूक्लियॉन कहा जाता है। इनमें धनावेशित कण (प्रोटॉन) और तटस्थ कण (न्यूट्रॉन) होते हैं जो केंद्र में (नाभिक में) व्यवस्थित होते हैं। ये इलेक्ट्रॉनों से घिरे होते हैं जो नाभिक की परिक्रमा करते हैं और विभिन्न ऊर्जा स्तरों में व्यवस्थित होते हैं।
नील्स बोहर का मॉडल नाइट्रोजन परमाणु है। क्रेडिट: britannica.com
मूल रूप से भिन्न आवेश वाले उपपरमाण्विक कण एक साथ इतने निकट मौजूद होने का कारण की उपस्थिति के कारण है मजबूत परमाणु बल - ब्रह्मांड की एक मौलिक शक्ति जो उप-परमाणु कणों को कम दूरी पर आकर्षित करने की अनुमति देती है। यह वह बल है जो प्रतिकारक बल का प्रतिकार करता है (जिसे के रूप में जाना जाता है) कूलम्ब बल ) जो कणों को एक दूसरे को पीछे हटाने का कारण बनता है।
इसलिए, नाभिक को समान संख्या में मुक्त अनबाउंड न्यूट्रॉन और प्रोटॉन में विभाजित करने का कोई भी प्रयास - ताकि वे एक-दूसरे से इतनी दूर/दूर हों कि मजबूत परमाणु बल अब कणों को बातचीत करने का कारण नहीं बना सके - तोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा की आवश्यकता होगी ये परमाणु बंधन।
इस प्रकार, बाध्यकारी ऊर्जा न केवल मजबूत परमाणु बल बंधनों को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा है, यह न्यूक्लियंस को एक साथ रखने वाले बंधनों की ताकत का भी एक उपाय है।
परमाणु विखंडन और संलयन:
नाभिक को अलग करने के लिए, नाभिक को ऊर्जा की आपूर्ति की जानी चाहिए, जो आमतौर पर उच्च ऊर्जा कणों के साथ नाभिक पर बमबारी करके प्राप्त की जाती है।.प्रोटॉन के साथ भारी परमाणु नाभिक (जैसे यूरेनियम या प्लूटोनियम परमाणु) पर बमबारी के मामले में, इसे परमाणु विखंडन के रूप में जाना जाता है।
परमाणु विखंडन, जहां यूरेनियम 96 का एक परमाणु बेरियम और क्रिप्टन का उत्पादन करने के लिए एक मुक्त न्यूट्रॉन द्वारा विभाजित होता है। क्रेडिट: फिजिक्स.स्टैकएक्सचेंज.कॉम
हालांकि, बाध्यकारी ऊर्जा भी परमाणु संलयन में एक भूमिका निभाती है, जहां प्रकाश नाभिक एक साथ (जैसे हाइड्रोजन परमाणु), उच्च ऊर्जा राज्यों के तहत एक साथ बंधे होते हैं। यदि उत्पादों के लिए बाध्यकारी ऊर्जा अधिक है जब प्रकाश नाभिक फ्यूज, या जब भारी नाभिक विभाजित होता है, तो इन प्रक्रियाओं में से कोई भी 'अतिरिक्त' बाध्यकारी ऊर्जा की रिहाई में परिणाम देगा। इस ऊर्जा को परमाणु ऊर्जा या शिथिल रूप से परमाणु ऊर्जा कहा जाता है।
यह देखा गया है कि किसी भी नाभिक का द्रव्यमान हमेशा अलग-अलग घटक नाभिकों के द्रव्यमान के योग से कम होता है जो इसे बनाते हैं। द्रव्यमान का 'नुकसान' जिसके परिणामस्वरूप जब न्यूक्लियॉन छोटे नाभिक बनाने के लिए विभाजित होते हैं, या एक बड़ा नाभिक बनाने के लिए विलय करते हैं, तो इसे बाध्यकारी ऊर्जा के लिए भी जिम्मेदार ठहराया जाता है। यह लापता द्रव्यमान गर्मी या प्रकाश के रूप में प्रक्रिया के दौरान खो सकता है।
एक बार जब सिस्टम सामान्य तापमान पर ठंडा हो जाता है और ऊर्जा स्तरों के संदर्भ में जमीनी अवस्था में लौट आता है, तो सिस्टम में कम द्रव्यमान शेष रहता है। उस स्थिति में, हटाई गई गर्मी वास्तव में 'घाटे' के द्रव्यमान का प्रतिनिधित्व करती है, और गर्मी स्वयं उस द्रव्यमान को बरकरार रखती है जो खो गया था (प्रारंभिक प्रणाली के दृष्टिकोण से)। यह द्रव्यमान किसी अन्य प्रणाली में दिखाई देता है जो गर्मी को अवशोषित करता है और थर्मल ऊर्जा प्राप्त करता है।
बाध्यकारी ऊर्जा के प्रकार:
कड़ाई से बोलते हुए, कई अलग-अलग प्रकार की बाध्यकारी ऊर्जा होती है, जो अध्ययन के विशेष क्षेत्र पर आधारित होती है। जब कण भौतिकी की बात आती है, तो बाध्यकारी ऊर्जा उस ऊर्जा को संदर्भित करती है जो एक परमाणु विद्युत चुम्बकीय संपर्क से प्राप्त होता है, और एक परमाणु को मुक्त न्यूक्लियॉन में अलग करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा भी है।
परमाणु संलयन की प्रक्रिया को दर्शाने वाला चित्र। क्रेडिट: लैंकेस्टर यूनिवर्सिटी
परमाणु, अणु या आयन से इलेक्ट्रॉनों को हटाने के मामले में, आवश्यक ऊर्जा को 'इलेक्ट्रॉन बाध्यकारी ऊर्जा' (उर्फ आयनीकरण क्षमता) के रूप में जाना जाता है। सामान्य तौर पर, एक नाभिक में एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा से लगभग दस लाख गुना अधिक होती है।
खगोल भौतिकी में, वैज्ञानिक 'गुरुत्वाकर्षण बंधन ऊर्जा' शब्द का प्रयोग उस ऊर्जा की मात्रा को संदर्भित करने के लिए करते हैं जो अकेले गुरुत्वाकर्षण द्वारा एक साथ रखी गई वस्तु को अलग (अनंत तक) खींचने में लगती है - यानी कोई तारकीय वस्तु जैसे कोई तारा, ग्रह, या एक धूमकेतु यह ऊर्जा की मात्रा को भी संदर्भित करता है जो अनंत से गिरने वाली सामग्री से ऐसी वस्तु के अभिवृद्धि के दौरान (आमतौर पर गर्मी के रूप में) मुक्त होती है।
अंत में, 'बंधन' ऊर्जा के रूप में जाना जाता है, जो रासायनिक बंधनों में बंधन शक्ति का एक उपाय है, और यह भी ऊर्जा (गर्मी) की मात्रा है जो एक रासायनिक यौगिक को उसके घटक परमाणुओं में तोड़ने के लिए लेता है। मूल रूप से, बाध्यकारी ऊर्जा ही वह चीज है जो हमारे ब्रह्मांड को एक साथ बांधती है। और जब इसके विभिन्न हिस्सों को तोड़ दिया जाता है, तो इसे बाहर ले जाने के लिए जितनी ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
बाध्यकारी ऊर्जा के अध्ययन में कई अनुप्रयोग हैं, जिनमें से कम से कम परमाणु ऊर्जा, बिजली और रासायनिक निर्माण नहीं हैं। और आने वाले वर्षों और दशकों में, यह परमाणु संलयन के विकास में अंतर्निहित होगा!
हमने यूनिवर्स टुडे के लिए बाध्यकारी ऊर्जा के बारे में कई लेख लिखे हैं। यहाँ है बोहर का परमाणु मॉडल क्या है? , जॉन डाल्टन का परमाणु मॉडल क्या है? , प्लम पुडिंग परमाणु मॉडल क्या है? , परमाणु द्रव्यमान क्या है? , तथा सितारों में परमाणु संलयन .
यदि आप बाध्यकारी ऊर्जा के बारे में अधिक जानकारी चाहते हैं, तो देखें परमाणु बंधन ऊर्जा पर हाइपरफिजिक्स लेख .
हमने ब्रह्मांड में सभी महत्वपूर्ण संख्याओं के बारे में एस्ट्रोनॉमी कास्ट का एक पूरा एपिसोड भी रिकॉर्ड किया है। यहाँ सुनो, एपिसोड 45: ब्रह्मांड में महत्वपूर्ण संख्याएं .
स्रोत:
