Ответьте на вопросы, страница 275 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Как объяснить значительное различие температуры Солнца, вычисленной по закону Вина, и температуры, при которой происходит термоядерная реакция?

Решение

Значительное различие между температурой, вычисленной по закону Вина, и температурой термоядерных реакций объясняется тем, что эти две температуры относятся к совершенно разным областям Солнца, имеющего слоистую структуру.

1. Температура, вычисленная по закону Вина, является температурой видимой поверхности Солнца, которая называется фотосферой. Закон смещения Вина ($\lambda_{max} = b/T$) связывает температуру абсолютно чёрного тела с длиной волны, на которую приходится максимум его излучения. Мы наблюдаем излучение, приходящее именно с поверхности Солнца. Максимум излучения Солнца находится в видимой части спектра (около 500 нм), что соответствует температуре поверхности примерно 5800 К. Это температура того слоя, откуда свет беспрепятственно уходит в космос.

2. Температура, при которой происходит термоядерная реакция, — это температура в самом центре Солнца, в его ядре. Термоядерный синтез (превращение водорода в гелий) является источником энергии Солнца. Для того чтобы ядра водорода (протоны) могли преодолеть силы электростатического отталкивания и вступить в реакцию, необходимы колоссальные температура и давление. В ядре Солнца, благодаря гравитационному сжатию всей его массы, температура достигает порядка 15 миллионов кельвинов ($1.5 \times 10^7$ К), а давление — сотен миллиардов атмосфер. Только в таких экстремальных условиях могут протекать термоядерные реакции.

Таким образом, энергия, рожденная в ядре, переносится к поверхности через зону лучистого переноса и конвективную зону. По мере удаления от центра температура и плотность солнечной плазмы значительно уменьшаются. Поэтому нет противоречия: закон Вина описывает температуру "холодной" излучающей поверхности, а высокая температура термоядерного синтеза характеризует условия в "горячем" и плотном ядре звезды.

Ответ:

Значительное различие объясняется тем, что эти температуры характеризуют разные части Солнца. Температура, вычисленная по закону Вина (около 6000 К), — это температура видимой поверхности Солнца (фотосферы), откуда излучается свет. Температура, необходимая для термоядерной реакции (свыше 10 миллионов К), — это температура в ядре Солнца, где под действием огромного давления и происходят реакции синтеза.