Номер 7, страница 124, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

7. Почему во время ядерной реакции выделяется огромная, по сравнению с химической реакцией, энергия?

7. Почему во время ядерной реакции выделяется огромная, по сравнению с химической реакцией, энергия?

Огромная разница в количестве выделяемой энергии между ядерными и химическими реакциями объясняется тремя фундаментальными причинами.

Первое — уровень взаимодействия. В химических реакциях происходят изменения только в электронных оболочках атомов — образуются и разрываются химические связи, а сами ядра атомов остаются неизменными. В ядерных реакциях, напротив, происходят превращения самих атомных ядер: изменяется их состав (число протонов и нейтронов), что приводит к образованию ядер новых химических элементов.

Второе — тип и сила действующих сил. Энергия химических реакций определяется электромагнитным взаимодействием, которое связывает атомы в молекулы. Энергия ядерных реакций определяется сильным ядерным взаимодействием, которое удерживает нуклоны (протоны и нейтроны) вместе в ядре. Сильное взаимодействие в сотни раз мощнее электромагнитного.

Третье — превращение массы в энергию. Ключевую роль играет формула Эйнштейна $E = \Delta m \cdot c^2$. В ядерных реакциях суммарная масса продуктов оказывается немного меньше суммарной массы исходных частиц. Эта разница масс, или дефект массы $\Delta m$, превращается в огромное количество энергии, поскольку она умножается на квадрат скорости света $c^2$ — колоссальную величину ($c^2 \approx 9 \cdot 10^{16} \text{ м}^2/\text{с}^2$). В химических реакциях изменение массы настолько ничтожно, что им пренебрегают.

В результате, если энергия химических реакций измеряется в электронвольтах (эВ) на атом, то энергия ядерных реакций — в миллионах электронвольт (МэВ) на ядро. Это разница в миллионы раз.

Ответ: Энергия ядерной реакции выделяется за счет действия сильного ядерного взаимодействия и превращения части массы ядра в энергию ($E = \Delta m c^2$). Поскольку сильное взаимодействие гораздо мощнее электромагнитного (ответственного за химические связи), а множитель $c^2$ огромен, выделяемая энергия на порядки (в миллионы раз) превышает энергию химических реакций, где изменяются лишь электронные оболочки атомов, а не их ядра.