Итак, что у нас происходит. Кусок льда, оказавшись в воде, сначала нагревается до температуры плавления, затем тает. При этом вода в сосуде охлаждается. Коль лед не весь растаял, есть основания полагать, что процесс завершился при температуре 0° С. Тогда вода в сосуде, при охлаждении отдает количество теплоты Q₁: (1) Тут: с₁ - удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К) m₁ - масса воды 1 кг (1л - 1кг) T₀ - начальная температура воды 10°С T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
Лед принял количество теплоты Q₂ : (2) Где: с₂ - удельная теплоемкость льда 2060 Дж/(кг·К) m₂ - начальная масса льда T₂ - начальная температура льда -20°С T₁ - конечная температура воды и льда 0°С m₃ - масса растаявшего льда. λ - удельная теплота плавления льда 334*10³ Дж/кг При этом: кг (3)
Составляем уравнение теплового баланса, приравниваем Q₁ и Q₂. При этом, согласно (3) выражаем m₃ через m₂ (4) Теперь из 4 выражаем m₂:
Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Размеры ядра в 100 000 раз меньше размеров самого атома, но плотность его очень велика, поскольку масса ядра почти равна массе всего атома. Само ядро состоит из положительно заряженных частиц - протонов и нейтронов, не имеющих электрического заряда. Все они плотно сцеплены друг с другом. Число протонов в ядре определяет, к какому химическому элементу относится данный атом: ядро атома водорода содержит всего один протон, кислорода - 8, урана - 92. В каждом атоме число электронов соответствует числу протонов в ядре. При этом каждый электрон обладает отрицательным зарядом, равным по абсолютной величине заряду протона, так что в целом атом нейтрален. Атомы, имеющие ядра с одинаковым количеством протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента, называемым его изотопами. Для того чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так, уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов, в уране-235 - тоже 92 протона, но 143 нейтрона. Большинство изотопов нестабильно. Если взять в качестве примера атом урана-238, то в его ядре протоны и нейтроны сцеплены очень слабо. Время от времени из него вырывается компактная группа частиц, состоящих из двух протонов и двух нейтронов. При этом уран-238 превращается в торий-234, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона. Но и этот изотоп тоже очень нестабилен. Цепочка превращений продолжается до тех пор, пока не образуется атом свинца. При каждом акте распада высвобождается энергия, которая и передается далее в виде излучения. Несколько упрощая ситуацию, можно сказать, что испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов, - это альфа-излучение, испускание электрона - бета-излучение. Часто нестабильный изотоп оказывается настолько возбужденным, что испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения, тогда он выбрасывает порцию чистой энергии, называемой гамма-излучением. Как и в случае образования рентгеновских лучей (во многом подобных гамма-излучению) , при этом не происходит испускание каких-либо частиц. Время, за которое распадается половина всех атомов данного изотопа в любом радиоактивном источнике, называется периодом его полураспада.
Альфа-излучение, представляет собой поток тяжелых частиц, состоящих из протонов и нейтронов, задерживается, например, листом бумаги и практически не проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или вдыхаемым воздухом. Тогда они становятся чрезвычайно опасными.
Бета-излучение обладает большей проникающей оно проходит в ткани организма на 1-2 см.
Проникающая гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.
Тогда вода в сосуде, при охлаждении отдает количество теплоты Q₁:
Тут:
с₁ - удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·К)
m₁ - масса воды 1 кг (1л - 1кг)
T₀ - начальная температура воды 10°С
T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
Лед принял количество теплоты Q₂ :
Где:
с₂ - удельная теплоемкость льда 2060 Дж/(кг·К)
m₂ - начальная масса льда
T₂ - начальная температура льда -20°С
T₁ - конечная температура воды и льда 0°С
m₃ - масса растаявшего льда.
λ - удельная теплота плавления льда 334*10³ Дж/кг
При этом:
Составляем уравнение теплового баланса, приравниваем Q₁ и Q₂. При этом, согласно (3) выражаем m₃ через m₂
Теперь из 4 выражаем m₂:
Подставляя в (5) числовые значения, получаем:
ответ: Исходная масса льда 0,201 кг=201 г.
Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Размеры ядра в 100 000 раз меньше размеров самого атома, но плотность его очень велика, поскольку масса ядра почти равна массе всего атома.
Само ядро состоит из положительно заряженных частиц - протонов и нейтронов, не имеющих электрического заряда. Все они плотно сцеплены друг с другом. Число протонов в ядре определяет, к какому химическому элементу относится данный атом: ядро атома водорода содержит всего один протон, кислорода - 8, урана - 92.
В каждом атоме число электронов соответствует числу протонов в ядре. При этом каждый электрон обладает отрицательным зарядом, равным по абсолютной величине заряду протона, так что в целом атом нейтрален.
Атомы, имеющие ядра с одинаковым количеством протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента, называемым его изотопами. Для того чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так, уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов, в уране-235 - тоже 92 протона, но 143 нейтрона.
Большинство изотопов нестабильно. Если взять в качестве примера атом урана-238, то в его ядре протоны и нейтроны сцеплены очень слабо. Время от времени из него вырывается компактная группа частиц, состоящих из двух протонов и двух нейтронов. При этом уран-238 превращается в торий-234, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона. Но и этот изотоп тоже очень нестабилен. Цепочка превращений продолжается до тех пор, пока не образуется атом свинца.
При каждом акте распада высвобождается энергия, которая и передается далее в виде излучения. Несколько упрощая ситуацию, можно сказать, что испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов, - это альфа-излучение, испускание электрона - бета-излучение. Часто нестабильный изотоп оказывается настолько возбужденным, что испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения, тогда он выбрасывает порцию чистой энергии, называемой гамма-излучением. Как и в случае образования рентгеновских лучей (во многом подобных гамма-излучению) , при этом не происходит испускание каких-либо частиц.
Время, за которое распадается половина всех атомов данного изотопа в любом радиоактивном источнике, называется периодом его полураспада.
Альфа-излучение, представляет собой поток тяжелых частиц, состоящих из протонов и нейтронов, задерживается, например, листом бумаги и практически не проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или вдыхаемым воздухом. Тогда они становятся чрезвычайно опасными.
Бета-излучение обладает большей проникающей оно проходит в ткани организма на 1-2 см.
Проникающая гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.