Номер 5, страница 50, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Строение и эволюция вселенной. Глава VIII. Звёзды и галактики. Параграф 29. Звёзды - номер 5, страница 50.

Условие.

5. Почему ядерные реакции происходят не вблизи поверхности звезды, а в её центральной части?

Решение.

Решение

Ядерные реакции, протекающие в звездах, представляют собой реакции термоядерного синтеза. В ходе этих реакций из более легких атомных ядер образуются более тяжелые, что сопровождается выделением огромного количества энергии. Например, в ядре Солнца протоны (ядра водорода) сливаются, образуя ядра гелия.

Для того чтобы произошла реакция синтеза, необходимо преодолеть электростатическое отталкивание (кулоновский барьер) между положительно заряженными ядрами. Чтобы ядра смогли сблизиться на расстояние, где начинают действовать мощные, но короткодействующие ядерные силы, они должны обладать огромной кинетической энергией. Это требует наличия двух ключевых условий:

1. Экстремально высокая температура: Температура вещества должна достигать миллионов, а иногда и миллиардов кельвинов. При такой температуре частицы движутся с колоссальными скоростями, и их кинетической энергии становится достаточно для преодоления кулоновского барьера.
2. Экстремально высокое давление и плотность: Высокая плотность вещества увеличивает вероятность столкновений между ядрами. Чем чаще ядра сталкиваются, тем выше скорость протекания термоядерной реакции.

Эти условия создаются внутри звезд под действием их собственной гравитации. Внешние слои звезды своим весом сдавливают внутренние, создавая в центре (в ядре) колоссальное давление и плотность. Это сжатие, в свою очередь, приводит к разогреву вещества до экстремально высоких температур. Например, в ядре Солнца температура достигает примерно $15 \times 10^6$ К, а давление — более $2 \times 10^{16}$ Па.

В то же время, на поверхности звезды условия совершенно иные. Температура фотосферы Солнца составляет всего около $5800$ К, а давление и плотность там на много порядков ниже, чем в ядре. Таких условий абсолютно недостаточно для запуска и поддержания термоядерных реакций.

Таким образом, только в центральной части звезды, в ее ядре, существуют необходимые экстремальные температура и давление для протекания ядерного синтеза. Поэтому ядерные реакции происходят именно там, а не на поверхности.

Ответ: Ядерные реакции происходят в центральной части звезды, потому что только там под действием гравитационного сжатия достигаются экстремально высокие температура и давление, необходимые для преодоления электростатического отталкивания между атомными ядрами и запуска термоядерного синтеза. На поверхности звезды эти условия отсутствуют.