Номер 3, страница 88 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Самостоятельные работы. СР-67. Термоядерная реакция. Вариант 1 - номер 3, страница 88.

Условие.

3. В результате чего происходит выделение энергии на Солнце, согласно современным представлениям? Что представляет собой водородный цикл?

Решение.

Согласно современным представлениям, выделение энергии на Солнце происходит в результате термоядерного синтеза, протекающего в его ядре. В условиях чрезвычайно высокой температуры (около 15 миллионов кельвинов) и давления, ядра легких элементов, в основном водорода (протоны), сливаются, образуя ядра более тяжелых элементов, в данном случае — гелия. Ключевым моментом в этом процессе является так называемый дефект масс. Масса образовавшегося ядра гелия-4 оказывается немного меньше, чем суммарная масса четырех исходных протонов. Эта разница в массе, $ \Delta m $, не исчезает, а преобразуется в огромное количество энергии $ E $ в соответствии с формулой Эйнштейна: $ E = \Delta m c^2 $, где $ c $ — скорость света. Эта энергия, выделяясь в ядре, постепенно достигает поверхности и излучается в космос, обеспечивая свет и тепло.
Ответ: Выделение энергии на Солнце происходит в результате реакций термоядерного синтеза в его ядре, где четыре ядра водорода (протона) превращаются в одно ядро гелия; при этом часть массы исходных частиц преобразуется в энергию согласно уравнению $ E = \Delta m c^2 $.

Водородный цикл — это общее название для последовательности реакций термоядерного синтеза, в ходе которых водород превращается в гелий, что является основным источником энергии для звезд, включая Солнце. Для звезд солнечной массы преобладающим является протон-протонный (pp) цикл, который состоит из нескольких стадий. Основная ветвь (ppI) выглядит следующим образом:
1. Два протона ($ p $ или $ ^1H $) сталкиваются, образуя ядро дейтерия ($ ^2H $), позитрон ($ e^+ $) и электронное нейтрино ($ \nu_e $). Эта реакция происходит дважды для одного полного цикла.
$ p + p \rightarrow ^2H + e^+ + \nu_e $
2. Образовавшееся ядро дейтерия захватывает еще один протон, в результате чего образуется ядро гелия-3 ($ ^3He $) и выделяется гамма-квант ($ \gamma $). Эта реакция также происходит дважды.
$ ^2H + p \rightarrow ^3He + \gamma $
3. Два ядра гелия-3 сливаются, образуя ядро гелия-4 ($ ^4He $) и два протона ($ p $), которые могут снова участвовать в цикле.
$ ^3He + ^3He \rightarrow ^4He + 2p $
Суммарная реакция протон-протонного цикла: $ 4p \rightarrow ^4He + 2e^+ + 2\nu_e + E $. В результате этого цикла четыре протона превращаются в одно ядро гелия, при этом выделяется энергия $ E $.
Ответ: Водородный цикл — это совокупность термоядерных реакций превращения водорода в гелий, являющихся источником энергии Солнца. Основным для Солнца является протон-протонный цикл, в ходе которого из четырех протонов последовательно образуется одно ядро гелия, два позитрона, два нейтрино и выделяется энергия.