Przećwicz

R16otMaJHWovb
Ćwiczenie 1
Który z poniższych cyklów reakcji termojądrowych jest dominujący w Słońcu? Możliwe odpowiedzi: 1. ppI, 2. ppII, 3. ppIII, 4. CNO
1
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: Możliwe odpowiedzi: 1. 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., 2. 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., 3. 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., 4. 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.
R19jEOTFCI1xn
Ćwiczenie 3
Jakie warunki muszą być spełnione, aby doszło do fuzji termojądrowej i obiekt zaczął świecić? Możliwe odpowiedzi: 1. masa powyżej 13 mas Jowisza, 2. masa mniejsza niż 8 mas Jowisza, 3. masa powyżej 80 mas Jowisza, 4. niewielka temperatura jądra, 5. temperatura powyżej 107 K, 6. temperatura około 105 K
RcQXwMmWCF33I
Ćwiczenie 4
Zachodzenie stabilnych reakcji termojądrowych cyklu protonowego wymaga (wskaż po jednym wobec temperatury, ciśnienia i gęstości): Możliwe odpowiedzi: 1. temperatur odpowiednio wysokich, 2. temperatur odpowiednio niskich, 3. nie ma bezpośrednich wymagań wobec temperatury, wynika ona ze spełnienia wymagań wobec ciśnienia i gęstości, 4. ciśnień odpowiednio wysokich, 5. ciśnień odpowiednio niskich, 6. nie ma bezpośrednich wymagań wobec ciśnienia, wynika ono ze spełnienia wymagań wobec temperatury i gęstości, 7. gęstości odpowiednio wysokich, 8. gęstości odpowiednio niskich, 9. nie ma bezpośrednich wymagań wobec gęstości, wynika ona ze spełnienia wymagań wobec ciśnienia i temperatury
RyAI6Nu9rfRHa
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.
1
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.
1
Ćwiczenie 7

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

411H → 24He+2e++2νe+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.

uzupełnij treść
1
Ćwiczenie 7

Przeanalizuj następującą ścieżkę:

4 1 1 H + e − → 2 4 H e + e + +2νe+2 γ

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

uzupełnij treść
Ćwiczenie 8
RnCz8qymJL8qh
Pierwsze równanie cyklu protonowego jest 1. jednakowe dla wszystkich ścieżek, 2. n, 3. p, 4. inne dla ppI, inne zaś dla ppII i ppIII, 5. p, 6. p, 7. e-, 8. n, 9. β+, 10. ve, 11. e+, 12. 2γ, 13. D, 14. różne dla każdej ze ścieżek. Można je zapisać następująco (po prawej stronie wstaw symbole cząstek według kolejności malejącej ich masy):

1. jednakowe dla wszystkich ścieżek, 2. n, 3. p, 4. inne dla ppI, inne zaś dla ppII i ppIII, 5. p, 6. p, 7. e-, 8. n, 9. β+, 10. ve, 11. e+, 12. 2γ, 13. D, 14. różne dla każdej ze ścieżek+1. jednakowe dla wszystkich ścieżek, 2. n, 3. p, 4. inne dla ppI, inne zaś dla ppII i ppIII, 5. p, 6. p, 7. e-, 8. n, 9. β+, 10. ve, 11. e+, 12. 2γ, 13. D, 14. różne dla każdej ze ścieżek→1. jednakowe dla wszystkich ścieżek, 2. n, 3. p, 4. inne dla ppI, inne zaś dla ppII i ppIII, 5. p, 6. p, 7. e-, 8. n, 9. β+, 10. ve, 11. e+, 12. 2γ, 13. D, 14. różne dla każdej ze ścieżek+1. jednakowe dla wszystkich ścieżek, 2. n, 3. p, 4. inne dla ppI, inne zaś dla ppII i ppIII, 5. p, 6. p, 7. e-, 8. n, 9. β+, 10. ve, 11. e+, 12. 2γ, 13. D, 14. różne dla każdej ze ścieżek+1. jednakowe dla wszystkich ścieżek, 2. n, 3. p, 4. inne dla ppI, inne zaś dla ppII i ppIII, 5. p, 6. p, 7. e-, 8. n, 9. β+, 10. ve, 11. e+, 12. 2γ, 13. D, 14. różne dla każdej ze ścieżek+1. jednakowe dla wszystkich ścieżek, 2. n, 3. p, 4. inne dla ppI, inne zaś dla ppII i ppIII, 5. p, 6. p, 7. e-, 8. n, 9. β+, 10. ve, 11. e+, 12. 2γ, 13. D, 14. różne dla każdej ze ścieżek

Reakcja ta najbardziej przypomina promieniotwórczą przemianę 1. jednakowe dla wszystkich ścieżek, 2. n, 3. p, 4. inne dla ppI, inne zaś dla ppII i ppIII, 5. p, 6. p, 7. e-, 8. n, 9. β+, 10. ve, 11. e+, 12. 2γ, 13. D, 14. różne dla każdej ze ścieżek
1
Ćwiczenie 9

Wyobraź sobie, że pierwszą reakcję cyklu protonowego:

p + p → D + e++νe

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

R1IRPsr4h0Ukj
Zbliżenie do siebie dwóch protonów jest procesem 1. egzoenergetycznym, ponieważ powstaje stan związany tych cząstek, a energia wiązania wydzielana jest na zewnątrz, 2. endoenergetycznym, ponieważ suma mas neutronu, pozytonu i neutrina jest większa od masy protonu, 3. endoenergetycznym, ponieważ są one jednoimiennie naładowane.

Zamiana neutronu na proton, pozyton i neutrino jest procesem 1. egzoenergetycznym, ponieważ powstaje stan związany tych cząstek, a energia wiązania wydzielana jest na zewnątrz, 2. endoenergetycznym, ponieważ suma mas neutronu, pozytonu i neutrina jest większa od masy protonu, 3. endoenergetycznym, ponieważ są one jednoimiennie naładowane.

Utworzenie deuteronu z protonu i neutronu jest procesem 1. egzoenergetycznym, ponieważ powstaje stan związany tych cząstek, a energia wiązania wydzielana jest na zewnątrz, 2. endoenergetycznym, ponieważ suma mas neutronu, pozytonu i neutrina jest większa od masy protonu, 3. endoenergetycznym, ponieważ są one jednoimiennie naładowane.
R1YGKaznrQ10X
Drugi etap to zamiana jednego z protonów na neutron, pozyton i neutrino. Jest to proces 1. suma mas neutronu, pozytonu i neutrina jest większa od masy protonu., 2. {przeniesienie dodatniego ładunku z protonu na pozyton jest energetycznie korzystne ze względu na mniejszą masę pozytonu.}, 3. endoenergetyczny,, 4. {egzoenergetyczny,} gdyż
1. suma mas neutronu, pozytonu i neutrina jest większa od masy protonu., 2. {przeniesienie dodatniego ładunku z protonu na pozyton jest energetycznie korzystne ze względu na mniejszą masę pozytonu.}, 3. endoenergetyczny,, 4. {egzoenergetyczny,}
REcRivB4KryOA
Trzeci etap to synteza deuteronu z protonu i neutronu. Jest to proces 1. {przeniesienie dodatniego ładunku z protonu na pozyton jest energetycznie korzystne ze względu na mniejszą masę pozytonu.}, 2. {egzoenergetyczny,}, 3. egzoenergetyczny,, 4. powstaje układ związany tych cząstek, a energia wiązania wydzielana jest poza układ. gdyż 1. {przeniesienie dodatniego ładunku z protonu na pozyton jest energetycznie korzystne ze względu na mniejszą masę pozytonu.}, 2. {egzoenergetyczny,}, 3. egzoenergetyczny,, 4. powstaje układ związany tych cząstek, a energia wiązania wydzielana jest poza układ.
Ćwiczenie 10
R1Hmf8xddqQsC
Energię cyklu termojądrowego wylicza się ze wzoru Einsteina E, równa się, m c indeks górny, dwa, koniec indeksu górnego, gdzie m jest różnicą mas w danym cyklu: m, równa się, m indeks dolny, p o c zet ą t k o w a, koniec indeksu dolnego, minus, m indeks dolny, k o ń c o w a, koniec indeksu dolnego.
Wyznacz różnicę mas w każdym cyklu protonowym wiedząc, że

c = 299792458 m/s,
E indeks dolny, ppI, koniec indeksu dolnego = 26,206 MeV, E indeks dolny, ppII, koniec indeksu dolnego = 25,668 MeV, E indeks dolny, ppIII, koniec indeksu dolnego = 19,269 MeV,

gdzie 1 MeV = 1,602 · 10-13 J.
Przemyśl
Reakcje termojądrowe zachodzące w gwiazdach - cykl węglowo‑azotowo‑tlenowy