ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 90.2: Термоядерные реакции

План решения:

Для обоснования выделения энергии в обоих процессах необходимо обратиться к закону сохранения энергии и понятию дефекта массы. Ключевым параметром является удельная энергия связи (ε), которая показывает, какая энергия приходится на один нуклон в ядре. Мы рассмотрим график зависимости ε от массового числа A и проанализируем изменения полной энергии связи системы до и после реакции.

Вычисление и логическое обоснование:

1. Деление тяжелых ядер. У тяжелых ядер (например, урана) удельная энергия связи меньше, чем у ядер средней части периодической таблицы (железо, никель). При делении тяжелого ядра на два осколка средней массы суммарная масса продуктов реакции оказывается меньше массы исходного ядра. Разность масс называется дефектом массы Δm. Согласно формуле Эйнштейна, выделившаяся энергия равна E=Δmc². Поскольку продукты реакции более устойчивы (имеют большую полную энергию связи), избыток энергии выделяется в окружающую среду.

2. Слияние легких ядер. У легких ядер (водород, гелий) удельная энергия связи также мала по сравнению с ядрами средней массы. При термоядерном синтезе двух легких ядер образуется более тяжелое ядро, которое находится ближе к максимуму кривой удельной энергии связи. Масса полученного ядра меньше суммы масс исходных ядер. Опять же, возникает дефект массы Δm, который преобразуется в энергию E=Δmc². Система переходит в состояние с большей энергией связи на нуклон, что сопровождается выделением энергии.

Проверка результата:

Оба процесса ведут систему к состоянию с максимальной удельной энергией связи (область железного пика). Это означает, что конечные продукты реакций обладают меньшей потенциальной энергией взаимодействия нуклонов, чем исходные реагенты. Закон сохранения энергии требует, чтобы разность потенциалов перешла в кинетическую энергию продуктов или излучение. Таким образом, выделение энергии в обоих случаях подтверждается тем, что итоговая масса системы уменьшается, а энергия связи возрастает.