Номер 6, страница 307 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Параграф 64. Ядерный реактор. Преобразование внутренней энергии атомных ядер в электрическую энергию. Ответь на вопросы - номер 6, страница 307.

Условие.

6. Какие преобразования энергии происходят при получении электрического тока на атомных электростанциях?

Решение.

Решение 2.

Какие процессы происходят во втором контуре реактора?

Второй контур ядерного реактора (например, в распространённых реакторах типа ВВЭР — водо-водяной энергетический реактор) является ключевым звеном, которое передает тепловую энергию от реактора к турбине и одновременно служит барьером, предотвращающим попадание радиоактивных веществ за пределы гермооболочки.

Основные процессы, циклически происходящие во втором контуре, включают:

• Нагрев и парообразование: Вода второго контура (теплоноситель) с помощью насосов подается в парогенератор. Внутри парогенератора она протекает по трубкам, которые снаружи омываются горячим радиоактивным теплоносителем из первого контура. За счет теплообмена вода второго контура нагревается и превращается в пар высокого давления. Важно, что среды первого и второго контуров не смешиваются.
• Работа пара в турбине: Образовавшийся нерадиоактивный пар по паропроводам поступает в паровую турбину. Под действием высокого давления пар расширяется и устремляется на лопатки турбины, заставляя ее ротор вращаться с большой скоростью. В этом процессе внутренняя энергия пара преобразуется в механическую работу.
• Конденсация пара: Пройдя через турбину и отдав ей свою энергию, пар поступает в конденсатор. Здесь он охлаждается водой третьего, технического контура (которая может забираться из реки, озера или охлаждаться в специальных башнях-градирнях). В результате охлаждения пар конденсируется и снова переходит в жидкое состояние (конденсат).
• Возврат конденсата в цикл: Полученный конденсат собирается и с помощью конденсатных и питательных насосов снова подается в парогенератор для повторения цикла.

Ответ: Во втором контуре реактора происходит циклический процесс: вода нагревается в парогенераторе за счет тепла от первого контура и превращается в пар; этот пар вращает турбину, затем охлаждается в конденсаторе, снова становясь водой, которая возвращается в парогенератор.

6. Какие преобразования энергии происходят при получении электрического тока на атомных электростанциях?

На атомной электростанции (АЭС) для получения электричества осуществляется последовательная цепь преобразований энергии, которая начинается с энергии, заключенной в атомных ядрах.

Основные этапы преобразования энергии:

1. Ядерная энергия $\rightarrow$ Тепловая энергия. В активной зоне реактора протекает управляемая цепная реакция деления ядер урана или плутония. При каждом акте деления высвобождается значительная энергия связи атомных ядер (ядерная энергия). Эта энергия выделяется в виде кинетической энергии осколков деления и нейтронов. Эти быстрые частицы тормозятся в материале топливных элементов (ТВЭЛов) и в теплоносителе, в результате чего их кинетическая энергия преобразуется во внутреннюю (тепловую) энергию. Теплоноситель первого контура сильно нагревается.
2. Тепловая энергия $\rightarrow$ Механическая энергия. Нагретый теплоноситель передает тепло воде второго контура в парогенераторе. Вода закипает, и ее внутренняя тепловая энергия преобразуется во внутреннюю энергию пара. Далее пар под высоким давлением направляется на лопатки турбины. Расширяясь, пар совершает работу, раскручивая ротор турбины. Таким образом, внутренняя энергия пара преобразуется в механическую энергию (кинетическую энергию вращения турбины и соединенного с ней генератора).
3. Механическая энергия $\rightarrow$ Электрическая энергия. Вращающийся ротор турбины приводит в движение ротор электрического генератора. В генераторе, основанном на явлении электромагнитной индукции, механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию.

Таким образом, общая цепочка преобразований энергии на АЭС выглядит так:

$E_{\text{ядерная}} \rightarrow E_{\text{тепловая}} \rightarrow E_{\text{механическая}} \rightarrow E_{\text{электрическая}}$

Ответ: На АЭС происходит следующая последовательность преобразований энергии: ядерная энергия, высвобождающаяся в реакторе, преобразуется в тепловую энергию теплоносителя; тепловая энергия преобразуется в механическую энергию вращения паровой турбины; механическая энергия в генераторе преобразуется в электрическую.