1.Какую массу груза можно поднять на высоту 100 м за счет энергии, выделяемой при распаде Урана-235 массой 1 г? Считать, что 47% выделяемой энергии было потрачено на подъем груза. Считать, что при делении одного ядра урана выделяется 200 МэВ энергии.
2.Препарат Полоний-210 (внизу 84) массой 168 мг поместили в воду. Период полураспада Полония равен 138 суток. В результате альфа-распада полоний превращается в свинец. Сколько можно нагреть от 0 градусов до кипения за 276 суток, если для нагрева воды используется 35% энергии, выделяющейся при альфа-распаде? При распаде одного ядра Полония высвобождается 5,3 МэВ энергии.
1. Чтобы решить эту задачу, нам нужно найти энергию, выделяемую при распаде Урана-235 массой 1 г, и затем узнать, какую массу груза мы можем поднять на высоту 100 метров с помощью этой энергии.
Дано:
Масса Урана-235 = 1 г
Выделяемая энергия при делении одного ядра = 200 МэВ
Процент энергии, использованной на подъем груза = 47%
Шаг 1: Найдем общую энергию, выделяемую при распаде 1 г Урана-235.
Масса Урана-235 = 1 г = 0.001 кг
Выделяемая энергия при делении одного ядра = 200 МэВ = 200 x 10^6 электрон-вольт
1 эВ = 1.6 x 10^-19 Дж (эквивалент энергии)
Энергия = Масса x (Выделяемая энергия / единицу самого расщепляемого материала)
Энергия = 0.001 кг x (200 x 10^6 x 1.6 x 10^-19 Дж / 1 эВ) = 0.001 x 200 x 1.6 x 10^-19 кг x Дж/эВ
Энергия = 3.2 x 10^-22 кг x Дж
Шаг 2: Теперь найдем энергию, потраченную на подъем груза.
Общая энергия x Процент энергии, использованной на подъем груза = Энергия, потраченная на подъем груза
Энергия, потраченная на подъем груза = 3.2 x 10^-22 кг x Дж x 0.47
Шаг 3: Найдем работу, сделанную при подъеме груза на высоту 100 м.
Работа = Масса груза x Ускорение свободного падения x Высота
Масса груза = Работа / (Ускорение свободного падения x Высота)
Работа = Энергия, потраченная на подъем груза
Масса груза = (3.2 x 10^-22 кг x Дж x 0.47) / (9.8 м/с^2 x 100 м)
Выполняя вычисления, получим массу груза, которую можно поднять на высоту 100 м по энергии, выделяемой при распаде Урана-235 массой 1 г.
2. Чтобы решить эту задачу, нам необходимо найти энергию, выделяющуюся при альфа-распаде Полония, а затем узнать, сколько энергии будет использовано для нагрева воды, а следовательно, сколько можно нагреть воды с помощью этой энергии.
Дано:
Масса Полония-210 = 168 мг = 0.168 г
Период полураспада Полония = 138 суток
Процент энергии, используемой для нагрева воды = 35%
Энергия, выделяющаяся при альфа-распаде одного ядра Полония = 5.3 МэВ
1 МэВ = 1.6 x 10^-13 Дж (эквивалент энергии)
Шаг 1: Найдем общую энергию, выделяемую при распаде 0.168 г Полония-210 за 138 суток.
Масса Полония-210 = 0.168 г = 0.000168 кг
Энергия = Масса x (Выделяемая энергия / единицу самого расщепляемого материала)
Энергия = 0.000168 кг x (5.3 x 10^6 x 1.6 x 10^-13 Дж / 1 МэВ) = 0.000168 x 5.3 x 1.6 x 10^-13 кг x Дж/МэВ
Энергия = 1.4304 x 10^-16 кг x Дж
Шаг 2: Теперь найдем энергию, используемую для нагрева воды.
Общая энергия x Процент энергии, используемой для нагрева воды = Энергия, используемая для нагрева воды
Энергия, используемая для нагрева воды = 1.4304 x 10^-16 кг x Дж x 0.35
Шаг 3: Найдем тепло, необходимое для нагрева воды от 0 °C до точки кипения за 276 суток.
Тепло = Масса воды x Удельная теплоемкость воды x ΔТемпература
Удельная теплоемкость воды = 4.186 Дж/г°C
ΔТемпература = 100°C - 0°C = 100°C
Масса воды = (Энергия, используемая для нагрева воды) / (Удельная теплоемкость воды x ΔТемпература)
Выполняя вычисления, мы найдем, сколько можно нагреть воды от 0 °C до кипения за 276 суток, используя энергию, выделяющуюся при альфа-распаде Полония-210 массой 168 мг.
Думаю, эта информация должна быть понятна для школьников. Если у вас возникнут какие-либо вопросы или понадобится дополнительное объяснение определенных шагов, не стесняйтесь задавать их!