Какой объём воды можно нагреть с 20 °C до 100 °C и испарить, используя энергию, высвобождающуюся при делении

Donna

69

Для решения данной задачи мы можем использовать закон сохранения энергии. Сначала нам нужно вычислить количество энергии, высвобождающейся при делении 9,4 г урана-235. Для этого необходимо умножить массу урана на количество делений ядра и на энергию, высвобождающуюся при каждом делении.

Масса урана-235: 9,4 г

Количество делений ядра: неизвестно

Энергия, высвобождающаяся при каждом делении: 200 МэВ

Для удобства расчётов приведем массу урана-235 из граммов в килограммы:

9,4 г = 0,0094 кг

Теперь мы можем использовать известные данные для определения количества делений ядра. Для этого разделим энергию, высвобождающуюся при делении, на энергию, высвобождающуюся в результате деления одного ядра:

200 МэВ = \(200 \cdot 10^6\) эВ = \(3,2 \cdot 10^{-11}\) Дж

Теперь мы можем рассчитать количество делений ядра:

Количество делений ядра = \(\frac{энергия}{энергия\,одного\,деления}\)

Количество делений ядра = \(\frac{3,2 \cdot 10^{-11} Дж}{4,18 \cdot 10^{-11} Дж}\)

Количество делений ядра ≈ 0,769

Округлим это значение до двух знаков после запятой: 0,77

Теперь, когда у нас есть количество делений ядра, мы можем рассчитать количество высвобождаемой энергии:

Количество энергии = \(количество\,делений\,ядра \cdot энергия\,одного\,деления\)

Количество энергии = \(0,77 \cdot 3,2 \cdot 10^{-11} Дж\)

Количество энергии = \(2,464 \cdot 10^{-11} Дж\)

Следующим шагом является определение количества тепла, необходимого для нагрева и испарения воды. Для этого мы можем использовать удельную теплоемкость воды и массу воды.

Удельная теплоемкость (с) воды: 4,186 Дж/г∙°C

Масса воды: неизвестно

Мы можем рассчитать массу воды, используя уравнение:

Масса воды = \(\frac{количество\,энергии}{удельная\,теплоемкость \cdot изменение\,температуры}\)

Изначальная температура: 20 °C
Конечная температура: 100 °C

Изменение температуры = конечная температура - изначальная температура

Изменение температуры = 100 °C - 20 °C = 80 °C

Теперь, используя известную теплоемкость и изменение температуры, мы можем рассчитать массу воды:

Масса воды = \(\frac{2,464 \cdot 10^{-11} Дж}{4,186 Дж/г∙°C \cdot 80 °C}\)

Масса воды ≈ 7,069 г

Таким образом, объем воды, который можно нагреть с 20 °C до 100 °C и испарить, используя энергию, высвобождающуюся при делении 9,4 г урана-235, составляет примерно 7,069 г.