Какое количество энергии выделяется при превращении одного грамма водорода в гелий? И насколько бензина требуется

Летучая_Мышь

40

Для того чтобы решить эту задачу, мы должны знать энергию, выделяемую при превращении одного грамма водорода в гелий, и затем вычислить, сколько граммов водорода необходимо для выделения аналогичного количества энергии при сжигании бензина. Таким образом, давайте начнем с первой части задачи.

Превращение одного грамма водорода в гелий происходит в ядерной реакции, известной как ядерный синтез. В этом процессе некоторая масса превращается в энергию согласно формуле, выведенной Альбертом Эйнштейном: \(E = mc^2\), где \(E\) - энергия, \(m\) - изменение массы, а \(c\) - скорость света.

Масса одного грамма водорода равна 1 г. Но мы должны учесть, что водород имеет массовое число около 1, если мы говорим о популярном изотопе водорода, известном как дейтерий. Это изотоп, используемый в ядерной энергетике. Таким образом, мы получим более точные результаты, учитывая этот изотоп.

Молярная масса дейтерия равна примерно 2 г/моль. Таким образом, для превращения одного грамма дейтерия в гелий, нам понадобится \(\frac{1 \, \text{г}}{2 \, \text{г/моль}}\) молей дейтерия.

Согласно известной реакции синтеза, одна моль дейтерия превращается в одну моль гелия и при этом выделяется 17,6 МэВ энергии. МэВ - это миллион электрон-вольт, единица измерения энергии в физике ядерных реакций.

Используя эти данные, мы можем вычислить количество энергии, выделяемое при превращении одного грамма дейтерия в гелий:

\(\frac{1 \, \text{г}}{2 \, \text{г/моль}} = 0,5 \, \text{моль}\)

17,6 МэВ/1 моль × \(0,5 \, \text{моль}\) = 8,8 МэВ (МэВ = миллион электрон-вольт)

Теперь перейдем ко второй части задачи: насколько бензина требуется для выделения аналогичного количества энергии.

При сжигании 1 кг бензина выделяется 4,6⋅10\(^7\) Дж (джоулей) энергии. Для преобразования этой единицы измерения в МэВ, нам необходимо знать соотношение:

1 Дж = \(6,242 \times 10^{12}\) МэВ

Таким образом, энергия, выделяемая при сжигании 1 кг бензина, равна:

\(4,6 \times 10^7\) Дж × \(6,242 \times 10^{12}\) МэВ/1 Дж = \(2,86632 \times 10^{20}\) МэВ

Сравнивая это значение с количеством энергии, выделяемого при превращении одного грамма дейтерия в гелий (8,8 МэВ), мы можем узнать, сколько граммов бензина необходимо для получения аналогичного количества энергии:

\(\frac{2,86632 \times 10^{20} \, \text{МэВ}}{8,8 \, \text{МэВ/г}} = 3,26 \times 10^{19} \, \text{г}\)

Таким образом, нам потребуется примерно 3,26×10\(^{19}\) граммов бензина для получения аналогичного количества энергии.

Важно отметить, что эти значения являются приближенными и основаны на известных данных. В реальной жизни превращение водорода в гелий и сжигание бензина связаны с различными процессами и условиями, которые могут варьироваться.