Номер 5, страница 117 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

5. Почему Солнце не взорвалось в результате осуществления термоядерных реакций синтеза гелия из водорода, а светит миллиарды лет примерно одинаково?

Решение:

Стабильность Солнца и его способность светить миллиарды лет с примерно одинаковой интенсивностью, не взрываясь, объясняется состоянием, известным как гидростатическое равновесие. Это тонкий баланс между двумя мощными, но противоположно направленными силами.

1. Сила гравитации. Огромная масса Солнца создает мощное гравитационное притяжение, которое стремится сжать всю звезду к ее центру. Эта сила сжимает вещество в ядре до невероятно высоких плотности и температуры (около 15 миллионов градусов Кельвина), создавая условия, необходимые для запуска термоядерных реакций.

2. Сила внутреннего давления. Термоядерные реакции в ядре, в ходе которых водород превращается в гелий ($4\text{ }^1\text{H} \rightarrow \text{ }^4\text{He} + \text{энергия}$), высвобождают колоссальное количество энергии. Эта энергия создает мощное давление (состоящее из давления горячего газа-плазмы и давления света), направленное изнутри наружу. Это давление противодействует силе гравитационного сжатия.

Ключ к стабильности Солнца заключается в том, что эти две силы находятся в равновесии, и эта система обладает способностью к саморегуляции, работая как природный термостат.

Если бы скорость термоядерных реакций в ядре по какой-то причине увеличилась, это привело бы к выделению большего количества энергии. Давление изнутри возросло бы, заставляя ядро и вышележащие слои Солнца расшириться. При расширении плотность и температура в ядре уменьшились бы, что, в свою очередь, замедлило бы скорость термоядерных реакций, возвращая систему в состояние равновесия.

И наоборот, если бы скорость реакций уменьшилась, то давление изнутри ослабло бы. Гравитация стала бы доминировать и сжала бы ядро сильнее. Это сжатие привело бы к увеличению плотности и температуры, что вновь бы ускорило термоядерные реакции до тех пор, пока их мощность не стала бы достаточной для уравновешивания гравитации.

Именно этот механизм саморегуляции не позволяет реакции выйти из-под контроля и привести к взрыву, как это происходит, например, в водородной бомбе, где нет сдерживающей гравитационной силы. Благодаря гидростатическому равновесию Солнце «сжигает» свое водородное топливо очень медленно и предсказуемо, поддерживая практически постоянную светимость на протяжении миллиардов лет.

Ответ:

Солнце не взрывается, а светит стабильно благодаря состоянию гидростатического равновесия. В этом состоянии сила гравитации, сжимающая звезду, точно уравновешена давлением горячего газа и излучения, создаваемым термоядерными реакциями в ядре. Эта система саморегулируется: случайное ускорение реакций приводит к расширению и охлаждению ядра, что замедляет реакции, а замедление реакций вызывает сжатие и нагрев, что снова их ускоряет. Этот природный «термостат» обеспечивает медленное и контролируемое горение водорода на протяжении миллиардов лет.