Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

R16otMaJHWovb1

Ćwiczenie 1

Która ze ścieżek reakcji termojądrowych cyklu protonowego jest dominująca w Słońcu pod względem wydajności energii?

ppI
ppII
ppIII
Wszystkie trzy ścieżki mają porównywalną wydajność energetyczną.

Ćwiczenie 2

R9LwrFKFSC8cc

Ustalone jest, ponad wszelką naukową wątpliwość, że Jowisz wypromieniowuje w przestrzeń więcej energii, niż otrzymuje od Słońca. Wskaż najbardziej trafny komentarz do tego faktu:

Mimo tego faktu, Jowisz jest planetą. Świadczy o tym jego masa, połączona z rozmiarem: w jego wnętrzu nie mogą panować warunki wymagane do zachodzenia reakcji termojądrowych, a nadwyżka emitowanej energii może pochodzić ze zgromadzonych zasobów energii wewnętrznej lub z tzw. kontrakcji grawitacyjnej – Jowisz się powoli kurczy pod własnym ciężarem.
W związku z tym faktem, Jowisz powinien być uznany za brązowego karła. W jego wnętrzu muszą zachodzić reakcje termojądrowe, bez których nie byłoby owej nadwyżki emisji energii. Ze względu na stosunkowo niewielką masę Jowisza, reakcje te mogą być mniej wydajne, niż w przeciętnym brązowym karle, ale jednak zachodzą.
Ten fakt wymaga uznania, że Jowisz jest gwiazdą, choć nietypową: ze względu na niską temperaturę powierzchni nie emituje promieniowania w zakresie widzialnym, lecz w dalekiej podczerwieni. Należy uznać też, że we wnętrzu Jowisza zachodzą reakcje termojądrowe z cyklu dwuprotonowego, wskutek których syntetyzowane są jądra deuteru, bez możliwości powstawania jąder helu – na to we wnętrzu Jowisza jest zbyt niska temperatura.
Jowisz nie należy do żadnej z tych kategorii – jest gazowym olbrzymem (planetą-olbrzymem). Jest to zupełnie inna klasyfikacja obiektów, niż planeta – brązowy karzeł – gwiazda, gdyż dotyczy wyłącznie naszego Układu Słonecznego. Poza nim takie planety, jak Jowisz, Saturn, Uran czy Neptun w ogóle nie występują.

R19jEOTFCI1xn1

Ćwiczenie 3

Jakie warunki muszą być spełnione, aby we wnętrzu obiektu doszło do stabilnej fuzji termojądrowej i by zaczął on świecić?

masa mniejsza niż 8 mas Jowisza
masa powyżej 13 mas Jowisza
masa powyżej 80 mas Jowisza
niewielka temperatura jądra
temperatura jądra co najmniej 10⁵ K
temperatura jądra powyżej 10⁷ K

RcQXwMmWCF33I1

Ćwiczenie 4

Zachodzenie stabilnych reakcji termojądrowych cyklu protonowego wymaga (wskaż po jednym warunku wobec temperatury, ciśnienia i gęstości):

temperatur odpowiednio wysokich
temperatur odpowiednio niskich
nie ma bezpośrednich wymagań wobec temperatury, wynika ona ze spełnienia wymagań wobec ciśnienia i gęstości
ciśnień odpowiednio wysokich
ciśnień odpowiednio niskich
nie ma bezpośrednich wymagań wobec ciśnienia, wynika ono ze spełnienia wymagań wobec temperatury i gęstości
gęstości odpowiednio wysokich
gęstości odpowiednio niskich
nie ma bezpośrednich wymagań wobec gęstości, wynika ona ze spełnienia wymagań wobec ciśnienia i temperatury

RyAI6Nu9rfRHa1

Ćwiczenie 5

Wskaż właściwe uzupełnienia zdań:

Stan materii w jądrze gwiazdy takiej jak Słońce, jest najbardziej zbliżony do {stanu skupienia stałego} {stanu skupienia ciekłego} {stanu skupienia lotnego} {#plazmy}.
Zatem stwierdzenie, że jądro to zawiera wodór wymaga dodania określenia {metaliczny} {ciekły} {gazowy} {#w postaci swobodnych i niezwiązanych ze sobą protonów i elektronów}.

Ćwiczenie 6

R17kfeghiDDlW

Przyjmij, że materię wewnątrz gwiazdy takiej jak Słońce, można jakościowo opisać równaniem stanu podobnym do równania Clapeyrona. Uzupełnij zdania:

Jednoczesne spełnienie wymagań wobec temperatury i gęstości (patrz poprzednie ćwiczenie) {może następować nawet przy stałym ciśnieniu materii} {wymaga warunków, w których ciśnienie mogłoby maleć – w gwieździe sprzyja temu emisja promieniowania i materii w otaczającą ją przestrzeń} {#wymaga warunków, w których ciśnienie mogłoby rosnąć – w gwieździe sprzyja temu jej własne pole grawitacyjne}. W rezultacie, w miarę upływu życia młodej gwiazdy, temperatura jej jądra stopniowo rośnie, {podczas gdy ciśnienie pozostaje praktycznie stałe} {ciśnienie zaś maleje} {#a wraz z nią rośnie ciśnienie}.

Ćwiczenie 7

Porównaj „całościowy bilans cyklu protonowego” podany w części „Przeczytaj”:

4_{1}^{1} H \to_{2}^{4} He + 2 e^{+} + {2 ν}_{e} + nγ

RF6ab8oB1qQoN

Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.

z przebiegiem ścieżek ppII i ppIII tego cyklu pokazanym na rysunku.
1. Wskaż tę ścieżkę, w której łączny zestaw substratów i, oddzielnie, produktów jest inny, niż przedstawiony w „bilansie całościowym”.
2. Rozstrzygnij (i odpowiednio uzasadnij), czy we wskazanej ścieżce spełnione są zasady zachowania ładunku elektrycznego oraz całkowitej liczby nukleonów.

Zapisz swoje rozwiązanie w przygotowanym polu i porównaj je następnie z rozwiązaniem wzorcowym.

Przeanalizuj rysunek i określ, która ze ścieżek ppII i ppIII zapisuje się jako:

4_{1}^{1} H + e^{-} \to_{2}^{4} H e + e^{+} + {2 ν}_{e} + 2 γ

Ćwiczenie 7

Przeanalizuj następującą ścieżkę:

4_{1}^{1} H + e^{-} \to_{2}^{4} H e + e^{+} + {2 ν}_{e} + 2 γ

Rozstrzygnij (i odpowiednio uzasadnij), czy we wskazanej ścieżce spełnione są zasady zachowania ładunku elektrycznego oraz całkowitej liczby nukleonów?

Ćwiczenie 8

RnCz8qymJL8qh

Uzupełnij poniższy zapis:

β^-, p, D, n, inne dla ścieżki ppI, inne zaś dla ścieżek ppII i ppIII, n, różne dla każdej ze ścieżek, e⁺, jednakowe dla wszystkich ścieżek, p, α, γ, v_e, e^-, β⁺, 2γ

Pierwsze równanie cyklu protonowego jest ...........................................................................................................................

Można je zapisać następująco (po prawej stronie wstaw symbole cząstek według kolejności malejącej ich masy):

..........................................................................................................................+..........................................................................................................................→..........................................................................................................................+..........................................................................................................................+..........................................................................................................................

Przypomina ono, spośród jądrowych przemian promieniotwórczych, przemianę ..........................................................................................................................

Ćwiczenie 9

Wyobraź sobie, że pierwszą reakcję cyklu protonowego:

p + p \to D + e^{+} + ν_{e}

dzielimy na trzy etapy, następujące jeden po drugim. Uzupełnij zdania, opisujące wymianę energii z otoczeniem w każdym z etapów.

R1IRPsr4h0Ukj

PIerwszy etap to zbliżenie do siebie dwóch protonów na odległość rzędu femtometra (10^-15 m).

endoenergetyczny,, egzoenergetyczny,, są one jednoimiennie naładowane., są one wprawdzie jednoimiennie naładowane, ale przyciągają się magnetycznie.

R1YGKaznrQ10X

Drugi etap to zamiana jednego z protonów na neutron, pozyton i neutrino.

egzoenergetyczny,, endoenergetyczny,, suma mas neutronu, pozytonu i neutrina jest większa od masy protonu., przeniesienie dodatniego ładunku z protonu na pozyton
jest energetycznie korzystne ze względu na mniejszą masę pozytonu.

Jest to proces ........................................................................................................................................................................................................................................................ gdyż
........................................................................................................................................................................................................................................................

REcRivB4KryOA

Trzeci etap to synteza deuteronu z protonu i neutronu.

egzoenergetyczny,, a energia wiązania wydzielana jest poza układ., endoenergetyczny,, do czego potrzebna jest energia wiązania z zewnątrz.

Jest to proces .............................................................................................................. gdyż powstaje układ związany tych cząstek, ..............................................................................................................

Ćwiczenie 10

R1Hmf8xddqQsC

Określ, z dokładnością do dwóch cyfr znaczących, procentowy ubytek masy Δm/m na pojedynczej ścieżce w cyklu protonowym. Przyjmij, że:
- przeciętna energia wydzielona w takiej reakcji ΔE = 26 MeV,
- masa protonu m_p = 1,67·10^-27 kg,
- 1 MeV = 1,6·10^-13 J.

$\frac{Δ m}{m} =$ ............ $%$

Skorzystaj ze wzoru Einsteina łączącego defekt masy $Δ m$ z energią $Δ E$ wydzieloną w reakcji:

Δ E = Δ m \cdot c^{2}

Przekształćmy wzór Einsteina do postaci:

\frac{Δ m}{m} = \frac{Δ E}{4 m_{p} \cdot c^{2}}

Ubytek czy defekt masy 'Delta m' odnosimy do całkowitej masy substratów reakcji, czyli do masy czterech protonów. Po wstawieniu danych otrzymujemy:

\frac{Δ m}{m} = \frac{26 \cdot 1, 6 \cdot 10^{- 13} J}{4 \cdot 1, 67 \cdot 10^{- 27} kg \cdot 9 \cdot 10^{16} \frac{m^{2}}{s^{2}}} \approx 0, 69 \cdot 10^{- 2} = 0, 69 %

Film samouczek

Dla nauczyciela