Какое значение имеет дефект массы, когда дейтерий образуется из протия и нейтрона? Сколько тонн воды может испариться

Чтобы решить эту задачу, нам нужно знать массу протия, массу нейтрона и массу дейтерия, чтобы определить дефект массы при образовании одного атома дейтерия из протия и нейтрона. Затем мы сможем найти общую энергию, выделяющуюся при образовании указанного количества атомов дейтерия, и высчитать, сколько тонн воды может испариться при использовании этой энергии.

Масса протия составляет примерно 1,007825 атомных единиц массы (a.e.m), а масса нейтрона - примерно 1,008665 а.е.м. Масса дейтерия составляет 2,014 а.е.м.

Теперь найдем дефект массы при образовании одного атома дейтерия. Для этого вычтем суммарную массу протия и нейтрона из массы дейтерия:

\(Масса \;дефекта \;массы = Масса \;дейтерия - (Масса \;протия + Масса \;нейтрона)\)

\(Масса \;дефекта \;массы = 2,014 \;а.е.м - (1,007825 \;а.е.м + 1,008665 \;а.е.м)\)

\(Масса \;дефекта \;массы = 0,99751 \;а.е.м\)

Теперь мы можем перейти к расчету количества энергии, выделяющейся при образовании заданного количества атомов дейтерия. Мы знаем, что выделение энергии при образовании дейтерия связано с дефектом массы через формулу:

\(Энергия = масса \;дефекта \;массы \times c^2\),

где \(c\) - скорость света, которая примерно равна \(3 \times 10^8\) м/с.

Выразим энергию, выделяющуюся при образовании одного атома дейтерия:

\(Энергия \;при \;образовании \;одного \;атома \;дейтерия = 0,99751 \;а.е.м \times (3 \times 10^8 \;м/с)^2\)

\(Энергия \;при \;образовании \;одного \;атома \;дейтерия = 8,98 \times 10^{14} \;Дж\)

Теперь осталось узнать, сколько тонн воды можно испарить, используя данную энергию. Для этого мы должны знать количество энергии, необходимое для испарения одного килограмма воды. Это значение называется теплотой испарения воды и составляет примерно 2,26 мегаджоулей на килограмм (МДж/кг).

Теперь мы можем найти количество килограммов воды, используя следующую формулу:

\(Количество \;килограммов \;воды = \frac{Энергия}{Теплота \;испарения \;воды}\)

\(Количество \;килограммов \;воды = \frac{8,98 \times 10^{14} \;Дж}{2,26 \times 10^6 \;кДж/кг}\)

\(Количество \;килограммов \;воды = \frac{8,98 \times 10^8 \;кг \cdot Дж}{2,26 \times 10^3 \;кг}\)

\(Количество \;килограммов \;воды = 3,98 \times 10^5 \;кг\)

Округлим ответ до двух значащих цифр:

\(Количество \;килограммов \;воды \approx 4,0 \times 10^5 \;кг\)

Таким образом, используя энергию, выделяющуюся при образовании 6,02 * (10 в 23 степени) атомов дейтерия, можно испарить около 4,0 * (10 в 5 степени) килограммов воды.