Index
S-2.Les
couches du soleil S-3.Le soleil
magnétique S-3A. Champs
magnétiques
interplanétaires S-4. Couleurs
de la lumière
du soleil S-4A.
Expériences avec les
couleurs du soleil S-5.Ondes
et photons Facultatif: Physique quantique Q1.Physique quantique Q2. Les atomes
(plus 6
) -------------------------- S-6.Rayons X du
soleil S-7.Energie du
soleil S-7A. Le trou
noir du centre de notre galaxie LS-7A.
Découverte des atomes et des noyaux S-8.Puissance
nucléaire S-8A-1.Energie
nucléaire (premier lien de 5 sections) S-9.Les armes
nucléaires |
Références#1 Vue d'ensemble des découvertes liées à des atomes et des noyaux: http://www.phy6.org/stargaze/Ls7adisc.htm #2. Dissolutions des Ions dans l'eau, http://www.phy6.org/Education/whposion.html #3 Electrons "bouillonnants" sur un fil chaud dans le vide, http://www.phy6.org/Education/welect.html #4 A propos des rayonnements électromagnétiques, http://www.phy6.org/stargaze/Sun5wave.htm #5 Phénomènes quantiques, http://www.phy6.org/stargaze/Q1.htm et les 7 sections Q2 ... Q7 qui suivent #6 "Lignes spectrales" des différents éléments, émises lors de leur descente d'un haut niveau d'énergie à un niveau inférieur, http://www.phy6.org/stargaze/Sun4spec.htm #7 Pourquoi les planètes ont-elles une énergie négative http://www.phy6.org/stargaze/Skepl2nd.htm #8 http://www.phy6.org/stargaze/Sun7enrg.htm (à la fin) #9 Unités des particules d'énergie http://www.phy6.org/Education/wenpart1.html #10 (a) ) Section sur la fission nucléaire dans "Hyperphysics" de Rod Nava, http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/nucene/u235chn.html (b) et aussi : courbe de l'énergie de liaison http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/nucbin.html #11 Le photon http://www.phy6.org/stargaze/Sun5wave.htm, (à a fin). #12 "Puissance nucléaire" http://www.phy6.org/stargaze/Snuclear.htm Site sur les armes nucléaires http://www.phy6.org/stargaze/Snucweap.htm Encore sur l’énergie du soleil http://www.phy6.org/stargaze/Sun7enrg.htm #13 L'énergie nucléaire dans l'espace http://www.eoearth.org/article/Nuclear_reactors_for_space #14 Le réacteur de naturel de Oklo, http://en.wikipedia.org/wiki/Oklo_phenomenon #15 "The Making of the Atomic Bomb " de Richard Rhodes, 886 pp.,Simon and Schuster 1988. "Nuclear Renewal," est un petit livre sur l’énergie nucléaire du même auteur, analysé dans : http://www.phy6.org/outreach/books/NuclEnrg.htm #16 "If Nuclear Power Has a More Promising Future ..." de Leslie Allen, "Washington Post Magazine" Sunday supplement, 2 August 2009 (posted here). |
Réponses aux problèmes sur l'énergie nucléaire(S-8A-1) Les bases: Les atomes et les noyaux(1) Si le chlore est composé de 25% Cl/37 et 75% Cl35, et A est le nombre d'Avogadro - quelle est la masse d'un des atomes de chlore? (Ce serait le poids atomique du chlore naturel).Solution
(2) Etablissement d'un glossaire définissant brièvement par ordre alphabétique, dans vos propres termes: Quantité d’énergie associée à l'émission ou l'absorption d'une onde électromagnétique.
(3) ) Les ions de très haute énergie en provenance de l'espace ("rayons cosmiques") arrivent au sommet de la magnétosphère terrestre, heurtent les atomes et « éclaboussent » des fragments, dont certains sont des neutrons. Les forces magnétiques sont sans influence sur les neutrons mais peuvent capturer les électrons et les protons, quoique ces « éclaboussures » de l'atmosphère y retournent toujours. Est-il possible que la «ceinture de radiations" soit prise au piège dans le champ magnétique de la Terre?
(4) Un isotope radioactif a une demi-vie de 2 jours. Combien de temps faut-il pour qu’il n’en reste que 1 / 1000 dans un échantillon donné? Environ 20 jours, ou 10 demi-vie, parce que (1 / 2) )10 = 1/1024 (5) ) L'hydrogène (composé de molécules H2 ) pèse environ 90 grammes par mètre cube. Combien de molécules d'hydrogène y a-il dans un micron - cube (un micron est la millionième partie du mètre)?
(S-8A-2) Energie de liaison nucléaire(1) Pourquoi ne peut-on trouver dans notre environnement des éléments dont les atomes pèse 300 fois plus que le proton, ou plus?
(2) Etablir un glossaire définissant brièvement par ordre alphabétique, dans vos propres termes:
(3) Quelle est la source de l'énergie solaire?
2 (2,0140) – 4.0026 = 0.0254 unités de masse atomique Masse convertie en énergie E = mc2 = 0.0254 (938.3)Mev = 23.8 Mev = 2.38 107 ev (b) Si 1 ev = 1.60 10-19joules et que le nombre d'Avogadro est A = 6,022 10 23, combien de joules sont libérés par la fusion de 4 g de deutérium?
E = (6.022 1023)(2.38 107)(1.60 10-19) joule 23 + 7 – 19 = 11 (6.022)(2.38)(1.60) = 22.93 Donc E = 22.93 1011 joule =2.293 1012 joule (c) Un gramme de TNT peut libérer 3,8 kilocalories d'énergie, l'équivalent de 4184 joules. Combien de tonnes de TNT sont nécessaires à la libération de l'énergie calculée ci-dessus ?
(2.293 1012)/(1.59 104 ) = 1.442 108 gramme = 144.2 tonnes TNT (6) Voici une autre application de l'équation d'Einstein E = mc 2. Il vaut mieux de se familiariser avec la notation scientifique pour les très petits et très grands nombres avant d'essayer de résoudre ce problème, et vérifiez toutes les étapes du calcul. Le Soleil perd sans cesse de la masse, au moins de deux façons différentes. D'abord, par irradiation de l’énergie E de sa lumière, ce qui réduit également sa masse, en raison de l'équivalence de l'énergie et de la masse. L'énergie rayonnée au niveau de l'orbite de la Terre – à 150 millions de kilomètres du Soleil - est d'environ 1300 watts («la constante solaire") par mètre carré de surface perpendiculaire aux rayons du soleil, et la vitesse de la lumière est c = 300000 km / sec. Ensuite, par émission du vent solaire Pour des raisons qui depuis 70 ans ne sont pas encore claires, la plus haute atmosphère du soleil («couronne solaire") est très chaude, environ un million de degrés centigrades, ce qui explique pourquoi les atomes de cette couche ont tendance à être dépouillés de la plupart ou de la totalité de leurs électrons - -par exemple des atomes de fer à qui il manque une douzaine d'électrons, ce qui exige une énorme quantité de turbulences. La gravité du Soleil ne peut pas retenir un gaz aussi chaud. Par contre, la plus haute atmosphère solaire est constamment balayée par le vent solaire --un courant raréfié d'ions et d'électrons libres, éjecté à environ 400 km / seconde. La densité de ce vent au niveau de l'orbite de la Terre est d'environ 10 protons / centimètre cube (en tenant compte de la présence d'ions d'hélium), et la masse d'un proton est de 1,673 10 -27 kilogrammes. Lequel de ces deux procéssus est-il responsable de la plus grande perte de masse du Soleil ? ============ Solution Comparons la perte de masse dans les deux cas, sur une surface de 1 mètre carré à la distance de l'orbite de la Terre, perpendiculaire à l'écoulement de la lumière du soleil, pendant une seconde. Les unités sont en mètres, secondes et kg, c = 3 108 metre/sec, et le flux d'énergie est de 1300 joules / sec. Si m est la masse perdue pendant ce temps, dans cette zone (par conversion de l'énergie solaire rayonnante) m = E/c2 = 1300 / 9.1016 = 1.444 1014 kilogrammes Le vent solaire passant par la même zone comprend toute la matière contenue dans une colonne de section transversale de 1 mètre2 et c = 400 km ou 4 10 5 mètres. Un mètre cube contient 106 et une masse de 107 protons. . Le débit à travers la région est donc 4 10 12 protons, avec une masse de 6.69 10–15 kilogrammes. Les pertes dues à la lumière du soleil sont donc presque le double. Pourtant, il faut remarquer que ces deux nombres sont relativement du même ordre de grandeur -- celle qui concerne les processus de l'intime cœur du Soleil, et celle des processus de sa couche ultrapériphérique. Coïncidence, diriez-vous? (un calcul analogue peut être trouvé dans http://www.phy6.org/stargaze/Lsun7erg.htm#massloss ) (7) Pour qu’un objet (par exemple, un vaisseau spatial) soit éjecté de la surface de la Terre, il faut une vitesse v 1 = 11,3 km / s pour échapper à la gravité terrestre ("vitesse d'échappement"), L'énergie au repos d’un neutron vaut E1 = mc2 = 939.535 MeV (millions d'électrons-volts). Si la vitesse de la lumière est de 300.000 km / sec (pratiquement) et si un neutron est éjecté de la surface de la terre avec juste assez de vitesse pour échapper à la gravité, quelle est l'énergie en MeV (ou en électrons-volts, eV)? Utilisez une expression non relativiste basée sur l'énergie cinétique E1 des neutrons s’échappant (c’est suffisamment précis). Solution: Si m est la masse du neutron, E0 = mc2 = 9.39535 108 ev E1 = m v12 / 2 divisons la 2 e équation par le première, avec toutes les vitesses en mètres / seconde: E1/ E0 = E1/ 9.39535 108 = (0.5) (v1/c) 2 = (0.5) (1.13 104 / 3 108)2
= 0.5 (0.1418777 10–8) = 0.070939 10–8 E1 = (9.39535 108)( 0.070939 10–8) = 0.6665 eV (S-8A-3) Fission des noyaux lourds(1) ( Pour ce problème, résoudre d’abord le problème (5) de la section précédente)Sachant qu’un noyau de U235 libère 200 Mev dans une fission (en tenant compte de certains processus secondaires, le total moyen est de 215 Mev), combien de tonnes de TNT faut-il pour obtenir l'énergie produite par la fission complète de 1 gramme U235 ?
(6.022 1023)(2 108)(1.6 10–19)joule /235 = =(6.022 . 2 . 1.6 / 235) 1012 = 6.2 1010 joule Par (c) du problème précédent (5) 1 gramme de TNT vaut 3.8 kilocalories ou (2) Etablir un glossaire par ordre alphabétique de définition brèves, en vos propres termes:
(S-8A-4) Contrôle de la réaction nucléaire(1) Quel est l'intéret pour l'industrie de l'énergie nucléaire des éléments suivants : deutérium (2H), carbone (12C), cadmium, Thorium (232T), Uranium (238U), (235U) et (233U), Plutonium (239Pu),
Le deutérium et le noyau de tritium (3H) qui lui est rattaché participent aussi à la fusion contrôlée Le Thorium 232T T peut absorber un neutron de la fission de l'uranium et se transformer en 233U, , un combustible nucléaire utilisable. 235U est un combustible nucléaire. Dans la nature, il ne représente que de 0,7% de l'uranium. Naturel ou enrichi, il peut alimenter les réacteurs nucléaires. De l’Uranium enrichi en U 235 est également utilisé dans les bombes nucléaires. 238U est le plus répandu des isotopes de l'uranium dans la nature 239Pu est un isotope artificiel de l'élément 94, produit (par étapes) par absorption de neutrons dans 238U. (2) Etablir un glossaire par ordre alphabétique définissant brièvement, dans vos propres termes :
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