Сколько воды можно нагреть от 20 до 100 °С и испарить, используя энергию, которая выделяется при делении 9,4 г урана-235? Предположим, что при каждом делении ядра урана выделяется 200 МэВ энергии. При этом потери энергии не учитываются.

Физика 11 класс Ядерная физика нагрев воды испарение воды энергия деления урана уран-235 выделение энергии физика теплотворная способность расчет энергии температура воды количество воды Новый

Давайте разберемся, сколько воды можно нагреть и испарить, используя энергию, выделяющуюся при делении 9,4 г урана-235!

Шаг 1: Рассчитаем общее количество энергии, выделяющееся при делении урана.

• Сначала найдем количество атомов урана в 9,4 г.
• Молярная масса урана-235 составляет примерно 235 г/моль.
• Количество моль урана: 9,4 г / 235 г/моль ≈ 0,04 моль.
• Количество атомов в этом количестве: 0,04 моль * 6,022 * 10^23 атомов/моль ≈ 2,4 * 10^22 атомов.
• Энергия, выделяющаяся при делении одного атома: 200 МэВ = 200 * 1,6 * 10^-13 Дж ≈ 3,2 * 10^-11 Дж.
• Общая энергия: 2,4 * 10^22 атомов * 3,2 * 10^-11 Дж/атом ≈ 7,68 * 10^11 Дж.

Шаг 2: Рассчитаем, сколько энергии нужно для нагрева и испарения воды.

• Для нагрева воды от 20 до 100 °С (то есть на 80 °С) нужно использовать формулу: Q1 = m * c * ΔT, где:
• m - масса воды, c - удельная теплоемкость воды (≈ 4,18 Дж/(г·°С)), ΔT - изменение температуры (80 °С).
• Для испарения воды используем: Q2 = m * L, где L - скрытая теплота парообразования (≈ 2260 Дж/г).
• Общая энергия для нагрева и испарения: Q = Q1 + Q2.

Шаг 3: Объединим оба процесса.

Общая энергия, необходимая для нагрева и испарения воды:

• Q1 = m * 4,18 * 80
• Q2 = m * 2260
• Q = m * (4,18 * 80 + 2260)

Теперь у нас есть энергия, которую мы можем использовать:

• 7,68 * 10^11 Дж = m * (334 + 2260)
• 7,68 * 10^11 Дж = m * 2594

Теперь, чтобы найти массу воды:

• m = 7,68 * 10^11 Дж / 2594 Дж/г ≈ 2,96 * 10^8 г.

Это примерно 296 тонн воды!

Вывод: Энергия, выделяющаяся при делении 9,4 г урана-235, позволяет нагреть и испарить около 296 тонн воды! Это просто потрясающе!