Задание 1, страница 274 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 1

Используя материалы Интернет, составьте «паспорт» Солнца, указав в нем: массу, радиус, объем, среднюю плотность. Изобразите структуру и химический состав Солнца и его атмосферы.

«Паспорт» Солнца

Масса

Масса Солнца составляет примерно $1.989 \times 10^{30}$ кг, что примерно в 333 000 раз превышает массу Земли. Масса Солнца составляет 99.866% от общей массы всей Солнечной системы.

Ответ: $M_☉ \approx 1.989 \times 10^{30}$ кг.

Радиус

Средний радиус Солнца составляет около 695 700 км, что примерно в 109 раз больше радиуса Земли. В системе СИ это значение составляет $6.957 \times 10^8$ м.

Ответ: $R_☉ \approx 6.957 \times 10^8$ м.

Объем

Объем Солнца рассчитывается по формуле для объема шара, используя его радиус.

Дано:

$R_☉ \approx 6.957 \times 10^8$ м

Найти:

$V_☉$

Решение:

Объем шара вычисляется по формуле:

$V = \frac{4}{3}\pi R^3$

Подставим значение радиуса Солнца в формулу:

$V_☉ \approx \frac{4}{3} \times 3.14159 \times (6.957 \times 10^8 \text{ м})^3$

$V_☉ \approx \frac{4}{3} \times 3.14159 \times 3.367 \times 10^{26} \text{ м}^3$

$V_☉ \approx 1.412 \times 10^{27} \text{ м}^3$

Объем Солнца превосходит объем Земли примерно в 1.3 миллиона раз.

Ответ: $V_☉ \approx 1.412 \times 10^{27}$ м$^3$.

Средняя плотность

Средняя плотность вычисляется как отношение массы тела к его объему.

Дано:

$M_☉ \approx 1.989 \times 10^{30}$ кг

$V_☉ \approx 1.412 \times 10^{27}$ м$^3$

Найти:

$\rho_☉$

Решение:

Формула для расчета средней плотности:

$\rho = \frac{M}{V}$

Подставим известные значения массы и объема Солнца:

$\rho_☉ \approx \frac{1.989 \times 10^{30} \text{ кг}}{1.412 \times 10^{27} \text{ м}^3}$

$\rho_☉ \approx 1408 \text{ кг/м}^3$

Это значение примерно в 1.4 раза больше плотности воды. Важно отметить, что это средняя плотность; плотность в ядре Солнца достигает $1.5 \times 10^5$ кг/м$^3$, в то время как плотность внешних слоев атмосферы очень мала.

Ответ: $\rho_☉ \approx 1408$ кг/м$^3$.

Структура Солнца и его атмосферы

Солнце имеет слоистую структуру, которую условно делят на внутренние области и атмосферу. «Изображение» структуры представлено в виде текстового описания слоев.

Внутренняя структура (от центра к поверхности):
- Ядро: Занимает центральную часть (до 0.2-0.25 радиуса Солнца). Здесь при температуре около 15 миллионов Кельвинов и колоссальном давлении происходят термоядерные реакции синтеза гелия из водорода — основной источник энергии звезды.
- Зона лучистого переноса: Простирается от ядра до примерно 0.7 радиуса Солнца. В этой зоне энергия переносится путем поглощения и переизлучения фотонов частицами вещества. Этот процесс очень медленный.
- Конвективная зона: Внешний слой внутренней структуры. Здесь плазма менее прозрачна, и энергия переносится более эффективно за счет конвекции: горячие потоки плазмы поднимаются к поверхности, остывают и опускаются обратно.

Атмосфера Солнца (от видимой поверхности наружу):
- Фотосфера: Нижний, видимый слой атмосферы толщиной около 400 км. Излучает большую часть света и тепла. Ее температура составляет около 5800 K. На ней наблюдаются грануляция и солнечные пятна.
- Хромосфера: Слой над фотосферой толщиной около 2000 км. Имеет красноватый цвет и видна во время полных солнечных затмений. Температура в ней растет с высотой от 4500 до 20 000 K. Здесь возникают протуберанцы.
- Корона: Внешняя и самая протяженная часть атмосферы, уходящая на миллионы километров в космос. Несмотря на низкую плотность, она разогрета до 1-2 миллионов Кельвинов. Корона видна как жемчужное сияние во время затмений. Она является источником солнечного ветра.

Ответ: Структура Солнца включает внутренние слои (ядро, зона лучистого переноса, конвективная зона) и атмосферу (фотосфера, хромосфера, корона).

Химический состав Солнца и его атмосферы

Солнце состоит преимущественно из водорода и гелия. Химический состав его фотосферы, который можно изучить спектральным анализом, считается отражением исходного состава всей протосолнечной туманности.

Химический состав по массе:
- Водород (H): ~73.5%
- Гелий (He): ~24.9%
- Кислород (O): ~0.8%
- Углерод (C): ~0.3%
- Железо (Fe): ~0.2%
- Неон (Ne): ~0.1%
- Прочие элементы (азот, кремний, магний, сера и др.): в сумме составляют около 0.2%

Этот состав характерен для Солнца в целом. Исключением является ядро, где в результате термоядерного синтеза доля водорода уменьшилась, а доля гелия, соответственно, возросла.

Ответ: Химический состав Солнца по массе: примерно 73.5% водорода, 24.9% гелия, и около 1.6% приходится на все остальные, более тяжелые элементы.