Теплофизика и Ядерные реакции
Какое количество воды можно нагреть от 20 °C до 100 °C, используя энергию, выделяемую при делении 47 г урана-235?
Какое количество воды можно нагреть от 20 °C до 100 °C, используя энергию, выделяемую при делении 47 г урана-235? Предположим, что каждое деление ядра урана выделяет 200 МэВ энергии, и не учитываем потери энергии. Удельная теплоемкость воды составляет 4200 дж/кг·К, а постоянная Авогадро равна 6,022·10^23 1/моль.
03.10.2024 00:24
Написать свой ответ:
Пояснение: Чтобы решить данную задачу, нужно рассчитать энергию, выделяемую при делении 47 г урана-235 и выразить ее в жаровлях. В дальнейшем нужно вычислить количество теплоты, необходимое для нагрева воды от 20 °C до 100 °C, используя полученное количество энергии.
Шаг 1: Рассчитаем энергию, выделяемую при делении 47 г урана-235.
Масса одного атома урана-235 равна 235 г/моль, следовательно, количество молей урана-235 можно найти, разделив массу на молярную массу:
n = масса / молярная масса = 47 г / 235 г/моль = 0.2 моль.
Теперь можно рассчитать энергию, выделяемую при делении урана-235:
Энергия = количество молей * энергия на деление * постоянная Авогадро = 0.2 моль * 200 МэВ/моль * 6.022*10^23 1/моль = 2.4084 * 10^25 МэВ.
Шаг 2: Теперь рассчитаем количество теплоты, необходимое для нагрева воды.
Масса воды = ? (неизвестное значение)
Известно, что удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг·К.
Для перевода массы в граммы воспользуемся постоянной Авогадро:
Масса воды = количество молей * молярная масса воды =
= количество молей * масса одного молекулы воды =
= количество молей * молярная масса воды в г/моль * постоянная Авогадро =
= количество молей * 18 г/моль * 6.022*10^23 1/моль.
Теперь мы можем найти количество теплоты по формуле Q = масса воды * удельная теплоемкость * изменение температуры.
Q = масса воды * 4200 Дж/кг·К * (100 °C - 20 °C).
Шаг 3: Подставим известные значения и рассчитаем количество теплоты:
Q = (количество молей * 18 г/моль * 6.022*10^23 1/моль) * 4200 Дж/кг·К * 80 °C.
Теперь выполним все необходимые расчеты, чтобы получить точный ответ.
Демонстрация: Переведите массу воды из граммов в моли или выразите количество молей воды через массу.
Совет: Чтобы лучше понять эти расчеты, рекомендуется ознакомиться с основными понятиями теплофизики, такими как удельная теплоемкость и закон сохранения энергии.
Проверочное упражнение: Сколько энергии будет выделяться при делении 60 г урана-235? Используйте те же значения энергии на деление и числа Авогадро, что и в задаче. Выразите ответ в МэВ.