Какова скорость теплового нейтрона в км/с при окружающей температуре 17 градусов Цельсия и массе покоя нейтрона

  • 65
Какова скорость теплового нейтрона в км/с при окружающей температуре 17 градусов Цельсия и массе покоя нейтрона mn = 1,675*10^-27 кг?
Hvostik
6
Чтобы рассчитать скорость теплового нейтрона, мы можем воспользоваться формулой кинетической энергии:

\[ E = \frac{1}{2} m v^2 \]

где E - кинетическая энергия, m - масса нейтрона и v - его скорость.

Прежде чем продолжить, давайте переведем массу покоя нейтрона из кг в граммы, так как скорость будет выражаться в км/с:

\[ m = 1,675 \times 10^{-27} \text{ кг} = 1,675 \times 10^{-24} \text{ г} \]

Теперь нам нужно узнать значение кинетической энергии. Она связана с температурой вещества через среднюю кинетическую энергию одной степени свободы:

\[ E = \frac{3}{2} kT \]

где k - постоянная Больцмана и T - температура в Кельвинах. Чтобы перейти от градусов Цельсия к Кельвинам, мы можем использовать следующую формулу:

\[ T(K) = T(°C) + 273.15 \]

Теперь, давайте рассчитаем кинетическую энергию:

\[ E = \frac{3}{2} kT \]
\[ = \frac{3}{2} \times 1.38 \times 10^{-23} \times (17 + 273.15) \text{ Дж} \]

Теперь мы можем найти скорость нейтрона, подставив значения в формулу кинетической энергии:

\[ E = \frac{1}{2} m v^2 \]

Сначала переведем энергию в эквивалент килограмма, умножив ее на \( \frac{1}{9 \times 10^{16}} \):

\[ \text{Эквивалент килограмма} = E \times \frac{1}{9 \times 10^{16}} \]

Теперь рассчитаем скорость нейтрона:

\[ \frac{1}{2} m v^2 = \text{Эквивалент килограмма} \]

\[ v^2 = \frac{2 \times \text{Эквивалент килограмма}}{m} \]

\[ v = \sqrt{\frac{2 \times \text{Эквивалент килограмма}}{m}} \]

Теперь, давайте подставим значения:

\[ v = \sqrt{\frac{2 \times E \times \frac{1}{9 \times 10^{16}}}{m}} \]

\[ v = \sqrt{\frac{2 \times \frac{3}{2} \times 1.38 \times 10^{-23} \times (17 + 273.15) \times \frac{1}{9 \times 10^{16}}}{1.675 \times 10^{-24}}} \]

Округлив до двух знаков после запятой, получим:

\[ v \approx \textbf{11.20 км/с} \]

Таким образом, при окружающей температуре 17 градусов Цельсия и массе покоя нейтрона \(mn = 1.675 \times 10^{-27}\), скорость теплового нейтрона составляет примерно 11.20 км/с.