Определите энергию, высвобождаемую при превращении одного грамма водорода в гелий, и сделайте оценку необходимого

Энергия, высвобождаемая при превращении одного грамма водорода (H) в гелий (He), можно определить в соответствии с энергетическим содержанием ядер, используя известные данные. Давайте начнем с рассмотрения ядерных реакций, которые происходят при этом превращении.

Преобразование одного грамма водорода в гелий происходит в результате ядерной реакции, известной как ядерный синтез. В этой реакции выполняются следующие шаги:

1. Водород (H) и гелий (He) являются элементами с различными атомными ядрами.
2. Водород состоит из одного протона в своем ядре, а гелий состоит из двух протонов и двух нейтронов в своем ядре.
3. При ядерном синтезе водорода протон (p) превращается в нейтрон (n), а нейтрон и протон объединяются в ядро гелия.
4. В результате образуется гелий и энергия освобождается.

Теперь давайте рассчитаем энергию, высвобождаемую при этом превращении. Масса протона равна 1,6726219 x 10^(-27) кг, и масса нейтрона равна 1,6749274 x 10^(-27) кг.

Массовое различие между начальным состоянием (1 грамм водорода) и конечным состоянием (1 грамм гелия) определяет массовый дефект, который приводит к высвобождению энергии. Массовый дефект можно рассчитать как разницу в массе между водородом и гелием:

\[
\text{Массовый дефект} = \text{Масса водорода} - \text{Масса гелия}
\]

\[
\text{Массовый дефект} = (1 \, \text{г}) - (1 \, \text{г}) = 0 \, \text{г}
\]

Обратите внимание, что массовый дефект равен нулю, что означает, что нет изменения массы при превращении одного грамма водорода в гелий.

Теперь перейдем к рассмотрению энергии, высвобождаемой при ядерной реакции. Для этого воспользуемся уравнением Эйнштейна:

\[
E = mc^2
\]

где \(E\) - энергия, \(m\) - масса и \(c\) - скорость света в вакууме (\(3,0 \times 10^8\) м/с).

Подставляя значения, получаем:

\[
E = 0 \, \text{г} \times (3,0 \times 10^8 \, \text{м/с})^2 = 0 \, \text{Дж}
\]

Таким образом, энергия, высвобождаемая при превращении одного грамма водорода в гелий, равна нулю.

Теперь оценим, сколько бензина необходимо для получения такой же энергии. Дано, что при сжигании 1 кг бензина выделяется энергия в размере \(4,6 \times 10^7\) Дж.

Для определения необходимого количества бензина используем пропорцию:

\[
\frac{{\text{энергия бензина}}}}{{\text{количество бензина}}} = \frac{{\text{энергия водорода-гелия}}}}{{\text{количество водорода}}}
\]

Подставляя известные значения, получаем:

\[
\frac{{4,6 \times 10^7 \, \text{Дж}}}{x} = \frac{{0 \, \text{Дж}}}{1 \, \text{г}}
\]

Из этого уравнения находим значение \(x\):

\[
x = \frac{{4,6 \times 10^7 \, \text{Дж}}}{0} = \infty
\]

Таким образом, чтобы получить такую же энергию, высвобождаемую при превращении одного грамма водорода в гелий, нам понадобится бесконечное количество бензина.

Это интересная и важная задача, которая позволяет нам рассмотреть разные аспекты ядерных реакций и энергетических процессов. Хотя энергия, высвобождаемая при превращении одного грамма водорода в гелий, невелика, это все равно остается ценным для понимания работы Атомной энергии и ядерного синтеза.