Каково время, необходимое для того, чтобы 10 граммов воды закипели после того, как препарат с активностью 1,7 × 1012

Чтобы решить данную задачу, мы должны рассчитать количество энергии, которую испускают α-частицы препарата и затем использовать эту энергию для определения времени, необходимого для закипания 10 граммов воды.

Для начала, нам нужно найти энергию, выделенную одной α-частицей. У нас уже есть энергия одной α-частицы, равная 5,3 МэВ.

1 МэВ (мегаэлектронвольт) = 1,6 × 10⁻¹³ Дж (джоулей)
Таким образом, энергия одной α-частицы составляет 5,3 × 1,6 × 10⁻¹³ Дж.

Теперь, чтобы найти количество энергии, которое испускает препарат в секунду, мы должны умножить энергию одной α-частицы на активность препарата (1,7 × 10¹² частиц в секунду).

Количество энергии, выделяемое препаратом в секунду, равно: (5,3 × 1,6 × 10⁻¹³ Дж) × (1,7 × 10¹² частиц в секунду).

Теперь нам нужно использовать эту энергию для расчета времени, необходимого для закипания 10 граммов воды.

Нам известна масса воды (10 г) и ее температура (273 К). Для этого мы можем использовать уравнение теплопередачи:

Q (выделенная энергия) = m (масса воды) × c (удельная теплоемкость воды) × ΔT (изменение температуры).

Мы предполагаем, что вся энергия, выделяемая препаратом, переходит во внутреннюю энергию воды, поэтому Q будет равно общей энергии, выделенной препаратом в секунду.

Теперь нам нужно найти удельную теплоемкость воды (c). Удельная теплоемкость воды составляет около 4,18 Дж/(г∙°C).

Так что у нас есть все данные, чтобы решить задачу! Давайте подставим значения в уравнение и рассчитаем время, необходимое для закипания 10 граммов воды:

(5,3 × 1,6 × 10⁻¹³ Дж) × (1,7 × 10¹² частиц в секунду) = (10 г) × (4,18 Дж/(г∙°C)) × ΔT.

Теперь делим обе части уравнения на (10 г) × (4,18 Дж/(г∙°C)) и находим ΔT:

ΔT = ((5,3 × 1,6 × 10⁻¹³ Дж) × (1,7 × 10¹² частиц в секунду)) / ((10 г) × (4,18 Дж/(г∙°C))).

Вычислив значение ΔT, мы можем использовать его для расчета времени, необходимого для закипания воды:

Время = ΔT / скорость нагрева.

Скорость нагрева является индивидуальной величиной для каждой системы и зависит от различных факторов, таких как размер и конструкция калориметра, наличие перемешивания и т. д. Поэтому нам необходимо дополнительную информацию о скорости нагрева, чтобы рассчитать точное время.

Однако мы можем использовать эти расчеты, чтобы предоставить школьнику понимание принципа решения задачи и объяснить, как использовать уравнение теплопередачи для решения подобных задач.