Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

RSuA8o3aJVv1A2

Ćwiczenie 1

Uzupełnij tekst, wybierając właściwe terminy z podanych.

W niektórych reakcjach jądrowych zderzenie dwóch cząstek powoduje wyzwolenie się części energii zmagazynowanej w postaci ich energii spoczynkowych. W innych przypadkach, aby reakcja mogła w ogóle zajść, musimy dostarczyć odpowiednią ilość energii. O tym, czy reakcja wymaga dostarczenia energii, czy też może być jej źródłem, mówi nam wielkość zwana ciepłem reakcji Q. Reakcje, dla których ciepło reakcji Q > 0 nazywamy {reakcjami elastycznego rozpraszania} / {reakcjami endoenergetycznymi} / {#reakcjami egzoenergetycznymi}. W reakcjach tego typu energia jest wyzwalana. Reakcje, dla których ciepło reakcji Q < 0 nazywamy {reakcjami elastycznego rozpraszania} / {#reakcjami endoenergetycznymi} / {reakcjami egzoenergetycznymi}. Reakcje tego typu wymagają dostarczenia energii. Gdy Q = 0 mamy do czynienia z {#reakcją elastycznego rozpraszania} / {reakcją endoenergetyczną} / {reakcją egzoenergetyczną}. W tego typu procesach sumaryczna energia kinetyczna produktów reakcji jest taka sama jak sumaryczna energia kinetyczna substratów reakcji.

Ćwiczenie 2

R1AnJknFTtmMI

W wyniku wychwytu szybkiego neutronu n o energii kinetycznej 1,0 MeV ze spoczywającym jądrem X powstało jądro Y oraz cząstka b, których sumaryczna energia kinetyczna wynosiła 10,2 MeV. Oblicz ciepło reakcji Q tego procesu. Wynik podaj z dokładnością do dwóch cyfr znaczących.

Ciepło reakcji Q = ............ MeV.

Skorzystaj ze wzoru na ciepło reakcji:

$Q = T_{Y} + T_{b} - T_{a}$

$Q = T_{Y} + T_{b} - T_{a} = 10, 2 MeV - 1, 0 MeV = 9, 2 MeV$

Ćwiczenie 3

RZOUOTrcI6v6w

W wyniku wychwytu protonu p przez jądro kobaltu ⁵⁹Co powstaje jądro niklu ⁶⁰Ni. Oblicz ciepło reakcji Q tego procesu. Masa jądra kobaltu-59 $m_{^{59} C o}$ = 54895,9 $\frac{M e V}{c^{2}}$ , masa jądra niklu-60 $m_{^{60} N i}$ = 55825,2 $\frac{M e V}{c^{2}}$ , a masa protonu m_p = 938,3 $\frac{M e V}{c^{2}}$ . Wynik podaj z dokładnością do dwóch cyfr znaczących.

Ciepło reakcji Q = ............ MeV.

Skorzystaj ze wzoru na ciepło reakcji:

$Q=(m_X+m_a)\cdot c^2-(m_Y+m_b)\cdot c^2.$

Q = ( $m_{^{59} C o}$ + mIndeks dolny p)⋅cIndeks górny 2 – $m_{^{60} N i}$ ⋅cIndeks górny 2 = 54895,9 MeV + 938,3 MeV – 55825,2 MeV = 9,0 MeV.

Ćwiczenie 4

Rqen1H7ZzkLLt

Jedną z wielu reakcji termojądrowych zachodzących na Słońcu jest fuzja dwóch jąder deuteru d prowadząca do powstania jądra helu ³He oraz neutronu n. Schemat tej reakcji możemy zapisać jako
d + d -> ³He + n
Oblicz ciepło reakcji Q tego procesu. Przyjmij, że masa jądra deuteru m_d = 1875,6

\frac{M e V}{c^{2}}

, masa neutronu m_n = 939,6

\frac{M e V}{c^{2}}

, a masa jądra helu-3

m_{_{}^{3} H e}

= 2808,4

\frac{M e V}{c^{2}}

. Ciepło reakcji Q = Tu uzupełnij MeV.

d + d -> ³He + n.
Oblicz ciepło reakcji Q tego procesu. Przyjmij, że masa jądra deuteru m_d = 1875,6

\frac{M e V}{c^{2}}

, masa neutronu m_n = 939,6

\frac{M e V}{c^{2}}

, a masa jądra helu-3

m_{^{3} H e}

= 2808,4

\frac{M e V}{c^{2}}

. Wynik podaj z dokładnością do dwóch cyfr znaczących.

Ciepło reakcji Q = ............ MeV.

Skorzystaj ze wzoru na ciepło reakcji:

$Q=(m_X+m_a)\cdot c^2-(m_Y+m_b)\cdot c^2.$

Q = (mIndeks dolny d + mIndeks dolny d)⋅cIndeks górny 2 – (mIndeks dolny Indeks górny 3 Indeks dolny koniecIndeks dolny He + mIndeks dolny n)⋅cIndeks górny 2 = 2mIndeks dolny d⋅cIndeks górny 2 – $m_{^{3} H e}$ ⋅cIndeks górny 2 – mIndeks dolny n⋅cIndeks górny 2 = 2⋅1875,6 MeV – 2808,4 MeV – 939,6 MeV = 3,2 MeV.

Ćwiczenie 5

Pierwszą reakcję jądrową w warunkach laboratoryjnych przeprowadził w 1919 roku Ernest Rutherford, noblista i odkrywca jądra atomowego. Rutherford bombardował jądra azotu‑14 $_{7}^{14} N$ cząstkami alfa pochodzącymi ze źródła promieniotwórczego i odkrył, że w wyniku zderzenia tych dwóch obiektów emitowany jest proton oraz powstaje jądro tlenu‑17 $_{8}^{17} O$ . Schemat reakcji przeprowadzonej przez Rutherforda można zapisać jako:

_{7}^{14} N

_{2}^{4} α

→

_{8}^{17} O

_{1}^{1} p

Oblicz ciepło reakcji Q tego procesu. Masy cząstek biorących udział w reakcji podane są w tabeli. Wynik podaj z dokładnością do dwóch cyfr znaczących.

Obiekt	Symbol	Masa ( $\frac{M e V}{c^{2}}$ )
Proton	$_{1}^{1} p$	938,3
cząstka alfa	$_{2}^{4} α$	3727,4
azot‑14	$_{7}^{14} N$	13040,2
tlen‑17	$_{8}^{17} O$	15830,5

R1AW3OoAXXhX7

Ciepło reakcji Q = ............ MeV.

Skorzystaj ze wzoru na ciepło reakcji:

$Q=(m_X+m_a)\cdot c^2-(m_Y+m_b)\cdot c^2.$

Q = ( $m_{^{14} N}$ + mIndeks dolny alfa Indeks dolny koniec)⋅cIndeks górny 2 - ( $m_{^{17} O}$ + mIndeks dolny p)⋅cIndeks górny 2 = 13040,2 MeV + 3727,4 MeV - 15830,5 MeV - 938,3 MeV = -1,2 MeV

Ćwiczenie 6

Jądro berylu‑9 Indeks górny 9Be w wyniku pochłonięcia kwantu gamma rozpada się na dwie cząstki alfa oraz neutron zgodnie ze schematem:

^{9} B e + γ \to 2 α + n

Oblicz ciepło reakcji Q tego procesu. Przyjmij, że masa jądra berylu‑9 $m_{^{9} B e}$ = 8392,8 $\frac{M e V}{c^{2}}$ , masa cząstki alfa mIndeks dolny alfa Indeks dolny koniec = 3727,4 $\frac{M e V}{c^{2}}$ , masa neutronu mIndeks dolny n = 939,6 $\frac{M e V}{c^{2}}$ , a kwant gamma jest cząstką bezmasową. Wynik podaj z dokładnością do dwóch cyfr znaczących.

R1KuxzIjiPd1Q

Ciepło reakcji Q = ............ MeV.

Skorzystaj ze wzoru na ciepło reakcji:

$Q=(m_X+m_a)\cdot c^2-(m_Y+m_b)\cdot c^2.$

Q = $m_{^{9} B e}$ ⋅cIndeks górny 2 – 2mIndeks dolny alfa Indeks dolny koniec⋅cIndeks górny 2 – mIndeks dolny n⋅cIndeks górny 2 = 8392,8 MeV – 2⋅3727,4 MeV – 939,6 MeV = -1,6 MeV

Ćwiczenie 7

Poza jądrem atomowym neutron n jest cząstką niestabilną i średnio po około 15 minutach ulega przemianie na proton p, elektron eIndeks górny - oraz antyneutrino elektronowe ῡIndeks dolny e. Schemat rozpadu neutronu możemy zapisać jako:

n \to p + e^{-} + \bar{v_{e}} .

Oblicz ciepło reakcji Q tego procesu. Ciepło reakcji spontanicznych przemian promieniotwórczych oblicza się jako różnicę pomiędzy energią spoczynkową cząstki lub jądra ulegających przemianie i sumą energii spoczynkowych produktów przemiany. Przyjmij, że masa neutronu mIndeks dolny n = 939,565 $\frac{M e V}{c^{2}}$ , masa protonu mIndeks dolny p = 938,272 $\frac{M e V}{c^{2}}$ , masa elektronu mIndeks dolny e = 0,511 $\frac{M e V}{c^{2}}$ , a neutrino jest cząstką bezmasową. Wynik podaj z dokładnością do trzech cyfr znaczących.

R3fKByAvMJxa3

Ciepło reakcji Q = ............ MeV.

Ćwiczenie 8

Energia potencjalna ładunku q znajdującego się w odległości r od ładunku Q wytwarzającego centralne pole elektryczne dana jest wzorem:

E_{p} = k \frac{q \cdot Q}{r},

gdzie stała k = 9·10Indeks górny 9 N·mIndeks górny 2·CIndeks górny -2

Rozpatrzmy reakcję, w której cienka tarcza wykonana ze złota $_{79}^{197} Au$ jest bombardowana cząstkami alfa $_{2}^{4} α$ . Oszacuj jaką energię powinna mieć nadlatująca cząstka alfa, aby mogła znaleźć się w zasięgu działania sił jądrowych, czyli w odległości około 8,5 fm od środka jądra złota. Wynik podaj w megaelektronowoltach (MeV). W obliczeniach przyjmij, że ładunek elementarny e = 1,6·10Indeks górny -19 C, 1 fm = 10Indeks górny -15 m, 1 MeV = 1,6·10Indeks górny -13 J. Wynik podaj z dokładnością do dwóch cyfr znaczących.

RPhGC1ArRRC2B

Energia cząstki alfa powinna być większa od ............ MeV.

Podstawiamy do wzoru na energię potencjalną:

E_{p} = k \frac{q \cdot Q}{r} = 9 \cdot 10^{9} N \cdot m^{2} \cdot C^{- 2} \cdot \frac{79 e \cdot 2 e}{8, 5 \cdot 10^{- 15} m} =

= 9 \cdot 10^{9} N \cdot m^{2} \cdot C^{- 2} \cdot \frac{79 \cdot 1, 6 \cdot 10^{- 19} C \cdot 2 \cdot 1, 6 \cdot 10^{- 19}}{8, 5 \cdot 10^{- 15} m} =

= 4, 283 \cdot 10^{- 12} J

Następie zamieniamy jednostki energii na MeV:

E_{p} = 4, 283 \cdot 10^{- 12} J = \frac{4, 283 \cdot 10^{- 12}}{1, 6 \cdot 10^{- 13}} MeV = 26, 769 MeV \approx 27 MeV

RQ3SzPVUeQx8A1

Ćwiczenie 9

Ciepło reakcji możemy obliczyć jako:

Różnicę między energią wiązań produktów a energią wiązań substratów reakcji.
Różnicę między energią kinetyczną produktów a energią kinetyczną substratów reakcji.
Różnicę między energią spoczynkową cząstek w kanale wejściowym a energią spoczynkową cząstek w kanale wyjściowym.

R19TFw0rFbyrF1

Ćwiczenie 10

Co możemy powiedzieć na temat sumy ciepła reakcji i energii kinetycznej substratów?

Musi być większa od zera.
Musi być mniejsza od zera.
Może być dowolna.

Film samouczek

Dla nauczyciela