Номер 1, страница 388 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 104. Внутреннее строение солнца и звёзд. Глава 15. Солнце и звёзды - номер 1, страница 388.

Условие.

Почему в недрах звёзд вещество должно иметь высокую температуру?

Решение.

Решение 2.

Высокая температура в недрах звёзд является необходимым условием для их существования и свечения. Это связано с балансом сил внутри звезды и природой источника звёздной энергии.

Противодействие гравитации. Звезда представляет собой массивный шар газа, который постоянно сжимается под действием собственной гравитации. Чтобы не сколлапсировать, внутри звезды должно существовать огромное давление, направленное из центра наружу. Это состояние равновесия между силой гравитации и внутренним давлением называется гидростатическим равновесием.

Источник давления. Давление газа напрямую связано с его температурой. Чем выше температура, тем быстрее движутся частицы газа (в ядре звезды это плазма — ионы и электроны) и тем сильнее они давят на окружающее вещество. Для создания давления, способного противостоять колоссальной гравитации звезды, её ядро должно быть нагрето до миллионов и десятков миллионов градусов.

Источник энергии. Энергия, которая поддерживает эту сверхвысокую температуру, вырабатывается в результате реакций термоядерного синтеза. В ядрах звёзд, подобных Солнцу, лёгкие ядра, в основном водород, сливаются, образуя более тяжёлые ядра, такие как гелий. Этот процесс высвобождает огромное количество энергии.

Условия для термоядерного синтеза. Однако, чтобы термоядерный синтез произошёл, необходимо преодолеть мощное электростатическое отталкивание между положительно заряженными атомными ядрами (так называемый кулоновский барьер). Чтобы сблизиться на расстояние, где начинают действовать сильные ядерные взаимодействия, ядра должны столкнуться с огромной скоростью, то есть обладать очень высокой кинетической энергией.

Связь температуры и энергии. Кинетическая энергия частиц напрямую зависит от температуры. Согласно молекулярно-кинетической теории, средняя кинетическая энергия поступательного движения частиц $E_k$ равна $E_k = \frac{3}{2}kT$, где $k$ — постоянная Больцмана, а $T$ — абсолютная температура. Таким образом, только при чрезвычайно высокой температуре (миллионы кельвинов) частицы в ядре звезды приобретают энергию, достаточную для преодоления кулоновского барьера и вступления в реакцию синтеза.

Следовательно, высокая температура является ключевым фактором, запускающим «мотор» звезды — термоядерный синтез. Этот синтез генерирует энергию, которая поддерживает высокую температуру и давление, не давая звезде коллапсировать под собственным весом.

Ответ: Высокая температура в недрах звёзд необходима для того, чтобы атомные ядра обладали достаточной кинетической энергией для преодоления сил взаимного электростатического отталкивания. Это является обязательным условием для протекания реакций термоядерного синтеза, которые служат источником энергии звезды. Эта энергия, в свою очередь, поддерживает высокое давление плазмы, которое уравновешивает гравитационное сжатие и обеспечивает стабильность звезды.