Сколько льда, взятого при температуре -10°С, можно превратить в пар, используя энергию, выделяющуюся при делении 8 г урана-235?

Другие предметы 11 класс Термодинамика льд пар температура уран-235 Энергия деление масса физика расчет превращение термодинамика Новый

Для решения этой задачи нам нужно пройти несколько шагов, в которых мы будем использовать физику, связанную с фазовыми переходами и выделением энергии при делении урана-235.

Шаг 1: Определение энергии, выделяющейся при делении урана-235.

При делении одного атома урана-235 выделяется примерно 200 МэВ (мегаэлектронвольт) энергии. Чтобы найти, сколько энергии выделяется при делении 8 г урана-235, сначала нужно определить, сколько атомов содержится в этом количестве вещества.

Сначала находим количество молей урана-235:

Молярная масса урана-235 составляет примерно 235 г/моль. Следовательно:

• Количество молей = масса / молярная масса = 8 г / 235 г/моль ≈ 0.034 моль.

Теперь находим количество атомов:

• Количество атомов = количество молей * число Авогадро (примерно 6.022 x 10^23 атомов/моль).
• Количество атомов ≈ 0.034 моль * 6.022 x 10^23 атомов/моль ≈ 2.04 x 10^22 атомов.

Теперь умножим количество атомов на энергию, выделяющуюся при делении одного атома:

• Общая энергия = количество атомов * энергия на атом = 2.04 x 10^22 атомов * 200 МэВ.
• Преобразуем МэВ в джоули (1 МэВ ≈ 1.6 x 10^-13 Дж):
• Общая энергия ≈ 2.04 x 10^22 * 200 * 1.6 x 10^-13 ≈ 6.53 x 10^6 Дж.

Шаг 2: Определение энергии, необходимой для превращения льда в пар.

Теперь мы должны рассчитать, сколько энергии нужно, чтобы превратить лед в пар, начиная с температуры -10°С.

Процесс включает несколько этапов:

1. Нагрев льда от -10°С до 0°С.
2. Плавление льда в воду при 0°С.
3. Нагрев воды от 0°С до 100°С.
4. Парение воды в пар при 100°С.

Теперь найдем количество энергии для каждого этапа:

• 1. Нагрев льда: Q1 = m * c_лед * ΔT, где c_лед ≈ 2.09 Дж/(г·°С), ΔT = 10°С.
• 2. Плавление льда: Q2 = m * L_плавления, где L_плавления ≈ 334 Дж/г.
• 3. Нагрев воды: Q3 = m * c_вода * ΔT, где c_вода ≈ 4.18 Дж/(г·°С), ΔT = 100°С.
• 4. Парение воды: Q4 = m * L_парения, где L_парения ≈ 2260 Дж/г.

Теперь сложим все энергии:

• Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = m * (c_лед * 10 + L_плавения + c_вода * 100 + L_парения).

Подставим значения:

• Q = m * (2.09 * 10 + 334 + 4.18 * 100 + 2260).
• Q = m * (20.9 + 334 + 418 + 2260) = m * 3032.9 Дж.

Шаг 3: Найдем массу льда, которую можно превратить в пар.

Теперь мы можем использовать выделенную энергию из урана:

• 6.53 x 10^6 Дж = m * 3032.9 Дж.
• m = 6.53 x 10^6 Дж / 3032.9 Дж ≈ 2155 г.

Ответ: Мы можем превратить примерно 2155 г льда в пар, используя энергию, выделяющуюся при делении 8 г урана-235.