Все представляют себе, что такое атомная электростанция. Это такой огромный завод, где производят энергию. А еще она может взорваться, и тогда будет ой как нехорошо.А вы когда-нибудь задумывались, за счет чего вырабатывается энергия на атомных электростанциях? С обычными электростанциями все более-менее понятно. На угольных и дизельных используют топливо, которое, сгорая, выделяет энергию, совершающее какую-то работу. Эту работу преобразовывают в электроэнергию. На ветряных и гидроэлектростанциях работу совершают вода и ветер. А что происходит на атомной электростанции? Там используют управляемые ядерные реакции. Что же это такое? Разберемся.Ядерные реакции: что это?Всем известно со школьной скамьи, что атом представляет собой некое подобие солнечной системы - его строение и называютпланетарной моделью строения атома. В центре находится ядро, вокруг которого вращаются электроны. При этом электроны имеют отрицательный электрический заряд, а ядро положительный. Природа существования этих зарядов обусловливает различные электрические явления, которые человек давно использует себе во благо. Но что еще за энергию скрывает атом? Причем, она столь велика, что ею можно взрывать города и добывать её в промышленных масштабах.Для ответа на этот вопрос обратимся к тому, что мы знаем об атомах и электричестве. Первое, что все узнают об этом – это то, что существует два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные. Второе, что обычно узнают, это то, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются. Ну а следующим этапом является получение сведений о том, что в атоме электроны обладают отрицательным зарядом, а протоны в ядре – положительным. А теперь возникает вопрос – почему протоны внутри ядра удерживаются вместе и довольно плотно, надо сказать, удерживаются, хотя, обладая одинаковым зарядом, должны бы разлетаться друг от друга, как черт от ладана? Вот тут-то и кроется главное.Реакция деления ядерПротоны в составе ядра удерживаются силами ядерного взаимодействия или, говоря иначе, ядерными силами. Эти силы в сотни раз больше электрических, поэтому они удерживают протоны внутри ядра. Еще одним свойством этих сил является то, что они действуют на очень небольшом расстоянии. Расстоянии, сравнимом с размером ядра. И, естественно, что если эти силы удерживают частицы вместе, то в случае разделения частиц, эти силы высвобождают огромную энергию, на порядки больше электрической. Это и происходит во время ядерных реакций.При делении ядер атомов, во-первых, выделяется очень много энергии в виде радиоактивного излучения. Во-вторых, образуются новые вещества. Выделяемая энергия необыкновенно велика. Если это неуправляемая ядерная реакция, например, атомный взрыв, то он может нанести огромный ущерб. Если же ядерной реакцией разумно управлять, то энергию, получаемую в результате, можно использовать очень эффективно. Ядерные реакции в любом случае остаются очень опасными, и любая оплошность может вызвать трагедию, но соблазн получения огромного количества очень дешевой энергии подвигает человека рисковать. Такова уж человеческая природа.
Здесь Q1 – количество теплоты, необходимое для плавления льда массой m1; Q2 – количество теплоты, выделяющееся при охлаждении воды массой m2 от температуры t2 до температуры плавления льда t1.
Распишем количества теплоты Q1 и Q2 по известным формулам:
cm2(t2–t1)>λm1
Удельная теплоёмкость воды c равна 4200 Дж/(кг·°C), удельная теплота плавления льда λ равна 330 кДж/кг.
Дано:
m1=80 г, t1=0∘ C, m2=150 г, t2=20∘ C, t−?
Решение задачи:
Q2>Q1
Здесь Q1 – количество теплоты, необходимое для плавления льда массой m1; Q2 – количество теплоты, выделяющееся при охлаждении воды массой m2 от температуры t2 до температуры плавления льда t1.
Распишем количества теплоты Q1 и Q2 по известным формулам:
cm2(t2–t1)>λm1
Удельная теплоёмкость воды c равна 4200 Дж/(кг·°C), удельная теплота плавления льда λ равна 330 кДж/кг.
Переведём массы m1 и m2 в систему СИ:
100г=0,1кг
150г=0,15кг
Тогда:
4200⋅0,15⋅(20–0)<330⋅10^3⋅0,1
12600Дж<33000Дж