Помогите решить пж
Спам - Неудача на 5 лет
Ответы
Ответ:
1)Для розв'язання цієї задачі потрібно визначити роботу, яку можна виконати за рахунок енергії поділу 1 г Урану-235, та використати її для підняття кам'яної брили.
Для початку, знайдемо енергію, яку можна отримати від поділу 1 атома Урану-235. Це можна знайти, використовуючи середню енергію вільних несучихся нейтронів у водній речовині, яка дорівнює близько 2 МеВ. Кожен поділ 1 атома Урану-235 віддає в середньому 2,5 нейтронів, тому енергія, яка вільна від кожного поділу 1 атома Урану-235, становить:
E = (2,5 нейтронів) × (2 МеВ/нейтрон) × (1,6 × 10^-13 Дж/МеВ) ≈ 8,0 × 10^-13 Дж.
Таким чином, енергія, яку можна отримати від поділу 1 г Урану-235, становить:
E = (2,6 × 10^21 атомів/г) × (8,0 × 10^-13 Дж/атом) × (1000 г) ≈ 2,08 × 10^10 Дж.
Для підняття кам'яної брили необхідно виконати роботу, яка дорівнює:
W = mgh,
Де m - маса кам'яної брили, g - прискорення вільного падіння, а h - висота підняття.
Підставивши дані, отримуємо:
h = W/mg = (2,08 × 10^10 Дж)/(1000 т × 9,8 м/c²) ≈ 2,12 м.
Отже, застосовуючи енергію поділу 2,6 • 10^21 атомів Урану-235, можна підняти кам'яну брилу масою 1000 т на висоту близько 2,12 метрів.
3)Для виробництва електроенергії атомна електростанція використовує ядерне паливо, головним компонентом якого є Уран-235. За даними задачі, ККД електростанції дорівнює 28%, тому при перетворенні енергії від матеріального ядра до електроенергії втрачається 72% енергії.
Для знаходження маси ядерного палива, необхідно використати енергію, що виділяється при поділі даної маси Урану-235. За даними умови, було використано 9,4 г Урану-235, що містить приблизно 2.70737e+21 атомів.
За даними з таблиці хімічних елементів, енергія, що виділяється при поділі 1 атома Урану-235 дорівнює 202,5 МеВ. Отже, енергія, що виділиться при поділі 9,4 г Урану-235, буде:
E = 9,4 г * (1 моль / 235 г) * (2.70737e+21 атомів / 1 моль) * (202,5 МеВ / 1 атом) * (1,6 * 10^-13 Дж / 1 МеВ)
≈ 7,23 * 10^16 Дж
Далі, розрахуємо кількість теплоти, необхідної для нагрівання води масою m від 20 до 100°С:
Q1 = m * c * ΔT = m * 4,18 кДж/(кг * К) * (100-20) = 312,8 * m кДж
Далі, розрахуємо кількість теплоти, необхідної для випаровування цієї води:
Q2 = m * Lv = m * 2,3 МДж/кг = 2300 * m кДж
За законом збереження енергії, сумарна кількість теплоти, яка виділиться при поділі 9,4 г Урану-235, повинна дорівнювати сумі кількості теплоти, що випромінюється при нагріванні вод
і теплоти, необхідної для її випаровування:
Q1 + Q2 = 7,23 * 10^16 Дж
312,8m + 2300m = 7,23 * 10^16 Дж
2612,8m = 7,23 * 10^16 Дж
m = 2,77 * 10^13 кг
Отже, для виробництва електроенергії потужністю 600 МВт атомна електростанція витрачає приблизно 2,77 * 10^13 кг ядерного палива кожної доби.
4)Для знаходження ККД (коефіцієнта корисної дії) атомної електростанції необхідно знати енергію, яку вона виробляє, та енергію, яку вона витрачає на паливо.
Енергія, яку виробляє електростанція, може бути знайдена за формулою:
Енергія = потужність * год
де потужність вимірюється в мегаватах (МВт), а час - у годинах (год).
У цьому випадку електростанція має потужність 500 МВт. Щоб знайти кількість енергії, яку вона виробляє кожну добу, необхідно перевести 24 роки в мегават-години (МВт-год), множивши 500 МВт на 24 години:
Енергія = 500 МВт * 24 рік = 12 000 МВт-год
Тепер необхідно знайти енергію, яку електростанцію витрачає на паливо. Візьмемо, що її денна витрата палива становить 2,35 кг Урану-235. Енергія, що виділяється при розщепленні одного атома Урану-235, дорівнює близько 200 мільйонів електрон-вольт (МеВ).
Отже, енергія, який випускає один кілограм Урану-235, дорівнює:
Енергія на кг = 2,35 кг * 200 млн. еВ / 1 атом / 6,02 * 10^23 атомів = 1,56 * 10^13 еВ
Тепер необхідно перевести цю енергію в мегават-години. Для цього переведемо електрон-вольти в джоулі:
1 еВ = 1,6 * 10^-19 Дж
Тому енергія на кілограм Урану-235 становить:
Енергія на кг = 1,56 * 10^13 еВ * 1,6 * 10^-19 Дж / еВ = 2,5 * 10^6 Дж
Тепер переведемо джоулі
в мегават-години, поділивши отриману кількість енергії на 3,6 * 10^9 Дж/МВт-год:
Енергія = 2,5 * 10^6 Дж / 3,6 * 10^9 Дж/МВт-год = 0,000694 МВт-год/кг
Тепер можемо обчислити ККД електростанції, використовуючи наступну формулу:
ККД = (вироблена енергія / енергія, витрачена на паливо) * 100%
Вироблена енергія дорівнює 12 000 МВт-год на день, а енергія, витрачена на паливо, дорівнює енергії, яку виділяє один кілограм Урану-235, помноженій на кількість витраченого палива:
Енергія на паливо = 0,000694 МВт-год/кг * 2,35 кг = 0,00163 МВт-год
Тому:
ККД = (12 000 МВт-год / 0,00163 МВт-год) * 100% = 736,2%
Отже, ККД атомної електростанції становить близько 736,2%. Це може бути пояснено тим, що енергія, яку вона виробляє, значно перевищує енергію, яку вона витрачає на паливо, але також враховується інші фактори, які можуть впливати на ККД, такі як енергія, яка витрачається на підтримку роботи електростанції і передачу енергії.
Объяснение: