Что такое топливо в физике


Топливо. Виды топлива — урок. Физика, 8 класс.

Подавляющее количество энергии, используемой человеком, представляет тепловую энергию. Источником тепловой энергии, которая используется в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту, является топливо.

Топливо в широком смысле слова — это вещество, способное выделять энергию в ходе определённых процессов, эту энергию можно использовать для технических целей.

Топливо активно используется людьми для получения тепла и света, то есть энергии, с тех самых пор, как человек научился пользоваться огнём. Первоначально в качестве топлива использовались дрова, а также жир рыб и животных.

 

 

В процессе эволюции и развития требования к ассортименту топлива росли. Первая промышленная революция, произошедшая в \(XIX\) веке в результате перехода от древесного топлива к ископаемому угольному, полностью преобразовала аграрные страны Европы, а затем и Америку.

 

 

Потом пришла эра электричества, открытие которого оказало огромное влияние на жизнь человечества и обусловило зарождение и рост крупнейших городов мира.

 

 

Применение в качестве топлива нефти и природного газа в сочетании с развитием электроэнергетики, а затем и освоение энергии атома позволили промышленно развитым странам осуществить грандиозные преобразования, итогом которых стало формирование современного облика Земли.

 

Все используемые сегодня виды топлива подразделяются на четыре группы:

1) твёрдое топливо;

2) жидкое топливо;

3) газообразное топливо;

4) ядерное топливо.

 

К твёрдому виду топлива относят:

 

 

1) древесину и другие продукты растительного происхождения;

 

2) уголь с его разновидностями:

 

 

каменный уголь;

 

бурый уголь и др.;

 

 

3) торф;

 

 

4) горючие сланцы.

 

Ископаемые твёрдые виды топлива (за исключением сланцев) являются продуктом разложения органической массы растений. Самый молодой из них — торф, представляющий собой плотную массу, образовавшуюся из перегнивших остатков болотных растений. Следующими по «возрасту» являются бурые угли — землистая или чёрная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе частично окисляется (выветривается) и рассыпается в порошок. Затем идут каменные угли, обладающие, как правило, повышенной прочностью и меньшей пористостью. Органическая масса наиболее старых из них — антрацитов — претерпела наибольшие изменения и на \(93\) % состоит из углерода. Антрацит отличается высокой твёрдостью.

Горючие сланцы представляют собой полезное ископаемое, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы, близкой по составу к нефти.

 

Естественным жидким топливом является нефть — смесь жидких углеводородов различных молекулярных весов и групп.

 

 

Кроме того, в ней содержится некоторое количество жидких кислородных, сернистых и азотистых соединений.

 

Природный газ чисто газовых месторождений состоит в основном из метана (\(95-98\)% Ch5).

 

 

В искусственных газообразных топливах (газ доменных и коксовых печей, генераторный газ) метана содержится мало. Горючими составляющими в них является в основном водород h3 и окись углерода CO.

 

Горючая часть любого топлива содержит углерод \(C\), водород \(H\), кислород \(O\), азот \(N\) и серу \(S\). Основным элементом горючей части всех видов топлива является углерод \(C\). Кислород и азот в топливе — органические примеси. Кислород, находясь в соединении с водородом или углеродом топлива, снижает количество теплоты, выделяющейся при сгорании. Азот при сжигании топлива в атмосфере воздуха не окисляется и переходит в продукты сгорания в свободном виде. Вредная примесь топлива — сера. При сгорании серы теплоты выделяется примерно в \(3,5\) раза меньше, чем при горении углерода. Содержание серы в топливе приводит к сильной коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева.

В топливе могут присутствовать и негорючие минеральные примеси. В газообразных топливах это углекислый газ CO2, азот N2 и водяные пары. В твёрдых топливах примеси состоят в основном из глины Al2O3⋅2SiO2⋅2h3O, свободного кремнезема SiO2 и железного колчедана FeS2. В горючих сланцах примеси — в основном карбонаты. В нефти негорючие примеси — это различные соли и окислы железа.

A Общий обзор технологии топливных элементов


Основы топливных элементов

Через этот сайт мы ищем исторические материалы относящиеся к топливным элементам. Мы создали сайт для сбора информация от людей, уже знакомых с технологией, таких как изобретатели, исследователи, производители, электрики и маркетологи. Этот раздел Основы представляет общий обзор топливных элементов для случайных посетителей.

Что такое топливный элемент?

Топливный элемент - это устройство, которое генерирует электричество по химической реакции. Каждый топливный элемент имеет два электрода, называемых соответственно анодом и катодом. Реакции, которые производят электричество, происходят на электродах.

Каждый топливный элемент также имеет электролит, который несет электрически заряженные частицы от одного электрода к другому, и катализатор, который ускоряет реакции на электроды.

Водород является основным топливом, но топливные элементы также требуют кислорода. Одно большое обращение топливные элементы в том, что они производят электричество с очень небольшим загрязнением - большая часть водород и кислород, используемые в производстве электричества, в конечном счете объединяются, чтобы сформировать безвредный побочный продукт, а именно вода.

Одна деталь терминологии: один топливный элемент генерирует небольшое количество прямого текущее (постоянное) электричество. На практике многие топливные элементы обычно собираются в стек.Ячейка или стек, принципы одинаковы.

Топ

Как работают топливные элементы?

Целью топливного элемента является производство электрического тока, который может быть направлен вне клетки, чтобы сделать работу, такую ​​как питание электродвигателя или освещение лампочка или город. Из-за поведения электричества этот ток возвращается к топливный элемент, замыкающий электрическую цепь. (Чтобы узнать больше об электричестве и электроэнергии, посетите «Throw The Switch» на Смитсоновском веб-сайте. Поколение перемен.) Химические реакции, которые производят этот ток являются ключевыми как работает топливный элемент.

Есть несколько видов топливных элементов, и каждый работает немного по-своему. Но в общие термины, атомы водорода попадают в топливный элемент на аноде, где происходит химическая реакция лишает их электронов. Атомы водорода теперь "ионизированы" и несут положительный электрический заряд. Отрицательно заряженные электроны обеспечивают ток через провода, чтобы сделать работу.Если требуется переменный ток (переменный ток), постоянный ток Выход топливного элемента должен быть направлен через преобразовательное устройство, называемое инвертор.


Графика Марка Маршалла, Шатц Центр энергетических исследований

Кислород поступает в топливный элемент на катод и, в некоторых типах ячеек (как показано выше), он объединяет с электронами, возвращающимися из электрическая цепь и ионы водорода, которые прошли через электролит из анод.В клетках других типов кислород поглощает электроны и затем проходит через электролит к аноду, где он соединяется с ионами водорода.

Электролит играет ключевую роль. Он должен позволять проходить только соответствующим ионам между анодом и катодом. Если бы свободные электроны или другие вещества могли путешествовать через электролит они нарушат химическую реакцию.

ли они объединить на аноде или катоде, вместе водород и кислород образуют воду, которая истощает из клетки.Пока топливный элемент снабжен водородом и кислородом, он будет генерировать электричество.

Еще лучше, поскольку топливные элементы вырабатывают электричество химически, а не путем сгорания, на них не распространяются термодинамические законы, ограничивающие обычную силовую установку (см. «Carnot Limit» в глоссарии). Следовательно, топливные элементы более эффективны в извлечение энергии из топлива. Отработанное тепло от некоторых клеток также может быть использовано, повышение эффективности системы еще дальше.

Топ

Так почему я не могу пойти и купить топливный элемент?

Основные принципы работы топливного элемента могут быть несложными для иллюстрации. Но здание недорогие, эффективные, надежные топливные элементы - гораздо более сложный бизнес.

Ученые и изобретатели разработали много различных типов и размеров топливных элементов в поисках большей эффективности, и технические детали каждого вида различны. Многие из решений, стоящих перед разработчиками топливных элементов, ограничены выбором электролит.Конструкция электродов, например, и материалы, используемые для они зависят от электролита. Сегодня основными типами электролитов являются щелочь, расплавленный карбонат, фосфорная кислота, протонообменная мембрана (PEM) и твердый оксид. Первый три - жидкие электролиты; последние два являются твердыми.

Тип топлива также зависит от электролита. Некоторые клетки нуждаются в чистом водороде, и поэтому для очистки топлива требуется дополнительное оборудование, такое как «риформер».Другие клетки может переносить некоторые примеси, но для эффективной работы может потребоваться более высокая температура. В некоторых элементах циркулируют жидкие электролиты, для чего нужны насосы. Тип Электролит также определяет рабочую температуру ячейки - работают «расплавленные» карбонатные ячейки. жарко, как следует из названия.

Каждый тип топливного элемента имеет свои преимущества и недостатки по сравнению с другими, и ни один все же дешево и достаточно эффективно, чтобы широко заменить традиционные способы генерации энергетические, такие как угольные, гидроэлектростанции или даже атомные электростанции.

В следующем списке описаны пять основных типов топливных элементов. Более подробный информацию можно найти в этих конкретных областях этого сайта.

Топ

Различные типы топливных элементов.


Рисунок щелочной ячейки.
Щелочные топливных элементов работают на сжатый водород и кислород. Они обычно используют раствор гидроксида калия (химически, КОН) в воде в качестве их электролита.Эффективность составляет около 70 процентов, и рабочая температура составляет от 150 до 200 градусов по Цельсию (около 300 до 400 градусов по Фаренгейту). клетка Выходная мощность колеблется от 300 Вт (Вт) до 5 кВт (кВт). Щелочные клетки были использованы в Космический аппарат Аполлон для обеспечения как электричеством, так и питьевой водой. Они требуют чистого водородное топливо, однако, и их платиновые электродные катализаторы дороги. И как и любой контейнер, наполненный жидкостью, они могут протекать. В топливных элементах

Чертеж расплавленной карбонатной ячейки
с жидким карбонатом (MCFC) используются высокотемпературные соединения соли (как натрий или магний) карбонаты (химически, CO 3 ) как электролит.КПД колеблется от 60 до 80 процентов, а рабочая температура составляет около 650 градусов C (1200 градусы F). Были построены блоки мощностью до 2 мегаватт (МВт), и Существуют конструкции для блоков мощностью до 100 МВт. Высокая температура ограничивает ущерб от углерода «Отравление» ячейки моноксидом и отработанное тепло могут быть переработаны, чтобы сделать дополнительные электричество. Их никель-электродные катализаторы недороги по сравнению с платиной используется в других клетках. Но высокая температура также ограничивает материалы и безопасное использование MCFC - они, вероятно, будут слишком горячими для домашнего использования.Кроме того, карбонат-ионы из в реакциях расходуется электролит, что делает необходимым введение углекислого газа компенсировать.

Фосфорная кислота В топливных элементах (PAFC) в качестве электролита используется фосфорная кислота. Эффективность колеблется от 40 до 80 процентов, а рабочая температура составляет от 150 до 200 градусов по Цельсию (от 300 до 400 градусов по Фаренгейту). Существующие клетки фосфорной кислоты имеют мощность до 200 кВт и 11 МВт были протестированы. PAFCs переносят углерод концентрация моноксида около 1.5 процентов, что расширяет выбор топлива, которое они можешь использовать. Если используется бензин, сера должна быть удалена. Платиновые электроды-катализаторы необходимы, и внутренние части должны быть в состоянии противостоять едкой кислоте.


Рисунок того, как работают фосфорная кислота и топливные элементы PEM.

Протонообменная мембрана (PEM) топливные элементы работают с полимерным электролитом в виде тонкого, проницаемого листа.КПД составляет от 40 до 50 процентов, а рабочая температура составляет около 80 градусов Цельсия. (около 175 градусов по Фаренгейту). Мощность ячеек обычно составляет от 50 до 250 кВт. Твердое тело, гибкий электролит не будет течь или растрескиваться, и эти элементы работают на достаточно низком уровне температура, чтобы сделать их подходящими для домов и автомобилей. Но их топливо должно быть очищено, и платиновый катализатор используется на обеих сторонах мембраны, что повышает стоимость.


Чертеж твердооксидной ячейки
Твердый оксид топливных элементов (SOFC) использовать твердое керамическое соединение оксидов металлов (таких как кальций или цирконий) (химически, O 2 ) как электролит.Эффективность составляет около 60 процентов, а рабочие температуры около 1000 градусов по Цельсию (около 1800 градусов по Фаренгейту). Мощность ячеек до 100 кВт. На такой высокой Температура реформера не требуется для извлечения водорода из топлива, а также отходов тепло может быть переработано для производства дополнительной электроэнергии. Тем не менее, высокая температура ограничивает применение блоков SOFC, и они, как правило, довольно велики. Пока твердый электролиты не могут протекать, они могут треснуть.

Более подробная информация о каждом типе топливных элементов, включая историю и Текущие приложения, можно найти на их конкретных частях этого сайта.У нас также есть при условии глоссария технических терминов - ссылка предоставляется в верхней части каждого технологическая страница.

Топ

© 2017 Смитсоновский институт
(Заявление об авторском праве)

Физика Майор | Руководство по физике Степени, рабочие места и карьера

Что такое физика?

Вкратце, физика - это наука, которая пытается понять законы природы и отношения между энергией и веществом. Тем не менее, было бы более целесообразно определить физику как способ мышления, а не как профессию. В области физики студенты учатся принимать логические решения проблем в любых ситуациях, в которых они могут оказаться. Студенты-физики изучают концепции и методы науки, которые могут применяться во многих различных профессиональных областях и исследовательских темах.

Физика имеет дело со всем от субатомных частиц до черных дыр и общей структуры вселенной. Физики используют математические формулы, чтобы попытаться объяснить свои теории и сделать предсказания. Это наука, которая привлекла и запутала некоторые из самых блестящих умов всех времен: сэра Исаака Ньютона, Альберта Эйнштейна и Стивена Хокинга, и это лишь некоторые из них.

Но физика также занимается тем, как все работает на более ощутимом уровне. Законы физики применяются в таких областях, как инженерия, связь, биология и электроника.Развитие технологий, таких как лазеры и полупроводники, стало результатом новаторских работ в физике. Телевизоры, микроволновые печи и цифровые камеры не существовали бы без прорывов в физике.

Физика - это действительно изучение того, как устроен мир, и ее можно считать самой фундаментальной из всех наук. Цель физики - разработать теории, которые обобщают законы природы и приводят к пониманию того, почему вещи работают так, как они работают. Основы физики могут быть применены к большинству других наук, и по этой причине очень многие люди используют физику в качестве трамплина в других областях обучения или профессиях.

Чем занимается физика?

В этой области сложно дать количественную характеристику должностным инструкциям. Физик может потратить свой день на разработку материалов для компьютерных чипов или разрушения атомных частиц. Физики облетели Землю и исследовали океаны. Они создали инструменты для диагностики заболеваний; они разработали более качественные и эффективные виды топлива для автомобилей и домов; они рассчитали движение арктических ледников.

Для старшеклассников: подготовка к карьере Образование в области физики

Любой, кто планирует изучать физику в колледже, должен подумать над учебной программой, интенсивной на уроках алгебры на уровне старшей школы, с некоторыми исчислениями и тригонометрией, где это возможно.Научные занятия тоже важны, как и следовало ожидать.

Воспользуйтесь любой возможностью показать себя науке, например, приняв участие в научной ярмарке, и принять участие во внеклассных мероприятиях, таких как школьные научные кружки.

Найдите взрослых, которые имеют опыт или интерес к физике, включая ваших учителей. Наличие наставника, чтобы поговорить о физике или задать вопросы играет важную роль в вашем профессиональном развитии.

Нужна ли ученая степень по физике?

Почти треть студентов-физиков выбирают двойную специализацию, причем математика является наиболее распространенным предметом.Обычно это происходит потому, что для получения дополнительной степени по математике требуется всего несколько дополнительных классов, помимо тех, которые требуются для получения степени по физике. Но математика не единственный вариант. Некоторые из других наиболее распространенных двойных специальностей - программы на получение степени, такие как информатика, астрономия и химия. Для начинающих преподавателей по естественным наукам или физике требуются образовательные степени и свидетельства о преподавании.

В некоторых школах в программах бакалавриата есть два варианта: один для ученика, который хочет стать физиком-теоретиком, другой для ученика, который хочет использовать физику в менее ориентированном на исследования контексте.Степень бакалавра, как правило, является единственным требованием для последнего варианта.

Требуется степень магистра или докторская степень для преподавания физики на уровне университета или для проведения исследований в частных промышленных или государственных лабораториях. Эти степени магистра высшего образования требуют сосредоточенного изучения в определенной области выбора студента. Степени онлайн-физики - это еще один вариант, который может дать работающему профессионалу некоторую столь необходимую гибкость в плане планирования в плане повышения его образовательных навыков.

Что вы можете сделать с высшим образованием по физике?

Несмотря на то, что некоторые физики продолжают зарабатывать на должности профессионального физика, это всего лишь верхушка айсберга в том, что касается физических возможностей. Благодаря своим навыкам решения проблем, математических рассуждений, компьютерного программирования, а также организации и интерпретации научных данных выпускники-физики могут хорошо подходить для множества задач, требующих поэтапного решения проблем с использованием математических навыков, а также хороших наблюдений и общения. навыки и умения.

Многие отрасли ищут выпускников по физике: телекоммуникации, промышленная физика, физика больниц, электроника, вычислительная техника, тестирование контроля качества, банковские, страховые и технические продажи, для начинающих. Физики, как правило, специализируются в одной или нескольких областях физики, таких как:

  • Ядерная физика . Ядерная физика включает в себя изучение компонентов, структуры и поведения ядра атома. Он имеет ряд практических применений в разработке ядерной энергии, археологических датировок, детекторов дыма и ядерной медицины.Методы ядерной диагностики произвели революцию в медицине, открыв способы «видеть» внутри тела без хирургического вмешательства.
  • Геофизика. Геофизики применяют физические теории и измерения, чтобы обнаружить свойства Земли. Геофизика включает в себя отрасли сейсмологии, геотермометрии (нагрев Земли), гидрологии (грунтовые и поверхностные воды), а также гравитации и геодезии (гравитационное поле Земли). Некоторые из его применений используются при строительстве автомагистралей и мостов, изучении землетрясений, городского планирования и археологии.
  • Атомная, молекулярная и оптическая физика . В этой области физики изучают взаимодействие вещества и света на уровне атома. Эти три группы обычно группируются из-за их взаимосвязи, сходства используемых методов и связанных с ними энергетических шкал. Атомная физика больше связана с изучением атома, чем с силами, изучаемыми в ядерной физике. Молекулярная физика фокусируется на многоатомных структурах и их внутренних и внешних взаимодействиях с веществом и светом.Оптическая физика манипулирует светом, чтобы понять основные свойства света.
  • Астрономия. Астрономия считается областью физики. Астрономы наблюдают и собирают данные, используемые для объяснения отношений между звездами и планетами, а также других явлений, происходящих во вселенной. Астрономы совместно с физиками других типов могут быть призваны решать проблемы, связанные с навигацией в космическом полете и спутниковой связью.
  • Астрофизика. Астрофизика - это часть астрономии, которая занимается физикой звезд, звездных систем и межзвездного материала. Астрофизики применяют законы физики, чтобы понять, как формируются астрономические тела, как они взаимодействуют и как они умирают. Астрофизику можно использовать, чтобы выяснить, как добраться до других планет, как строить вещи новыми и более безопасными способами или исследовать, как человеческое тело адаптируется к новым ситуациям.
  • Космическая физика. Космическая физика - это исследование космической среды от самых верхов земной атмосферы до глубокого космоса.Регион, в котором спутники находятся на орбите, представляет особый интерес, поскольку спутники используются для связи, радиовещания, мониторинга погоды, дистанционного зондирования, позиционной информации и многого другого.
  • Физическое образование. Выпускники-физики со степенью бакалавра могут принять решение работать учителями начальных и средних школ, преподавая физику следующим поколениям. Техникумы могут также нанимать специалистов по физике, которые имеют некоторый профессиональный опыт. Государственные школы требуют сертификации для преподавания, но не все частные школы или техникумы делают это.
  • Инженерная физика. Инжиниринг - еще один выход для специалиста по физике. Это одна из самых требовательных профессий, потому что она часто имеет дело с решениями, которые влияют на безопасность людей. Строительство мостов, небоскребов, самолетов и электрических систем требует прочных основ физики. Некоторые студенты могут получить степень по физике, а затем перейти в аспирантуру для получения степени магистра в области машиностроения. Другие двойные специальности в области физики и техники. Несколько других отраслей, требующих основательной физической подготовки, - это строительство, химическая, пищевая, аэрокосмическая, сельское хозяйство, энергетика, топливо, металлургия, текстиль и одежда, компьютеры и транспорт.
  • Информатика. Информатика предлагает карьеру для специалиста в области графики и программного обеспечения, искусственного интеллекта, обработки данных и компьютерных игр. Компьютерное оборудование - результат прикладной физики.

Планирование физической карьеры

Физика требует значительных затрат времени и усилий. Студент, который планирует построить карьеру в качестве физика, должен сделать академические требования своим приоритетом. Это означает уделять внимание оценкам, особенно на уроках математики и естественных наук, и получать высокие оценки на экзамене Recordate Record (GRE) перед аспирантурой.Кроме того, будущие физики должны строить отношения с преподавателями, которые могут написать рекомендательные письма.

Учащиеся, которые хотят преподавать в старших классах, должны знать, что для преподавания в государственных школах необходимо наличие сертификата. Важны курсы по образованию, а также навыки общения и межличностного общения. С другой стороны, финансовые компании, такие как банки, страховые компании и инвестиционные фирмы, также могут эффективно использовать навыки и способности критического мышления в области физики.Студенты-физики, рассматривающие карьеру в этой отрасли, должны посещать занятия по статистике, бухгалтерскому учету и экономике.

Студенты, которые хотят подать заявление в медицинскую или стоматологическую школу, должны поговорить с консультантом по медицинским вопросам в начале своей карьеры в колледже, чтобы определить дополнительные курсы (такие как биология и химия), которые они должны пройти перед медицинской школой. Подготовленный ученик должен пройти примерно столько же уроков по физике, сколько и по биологии, и примерно четверть тестового материала на типичном вступительном экзамене в медицинскую школу основана на физике.

Сертификация, лицензирование и ассоциации

Для физиков лицензирование не требуется, но любой, кто планирует преподавать в государственной начальной или средней школе, должен получить сертификат об обучении.

Профессиональные ассоциации

.

Ядерное деление - Energy Education

Рисунок 1. Модель реакции деления урана-235. [1] Обратите внимание, что это только одна из многих возможных реакций деления.

Деление ядра - это процесс расщепления ядер (обычно крупных ядер). Когда крупные ядра, такие как уран-235, делятся, энергия высвобождается. [2] Высвобождается так много энергии, что происходит измеримое уменьшение массы по сравнению с эквивалентностью массы-энергии. Это означает, что часть массы преобразуется в энергию.Количество массы, потерянной в процессе деления, равно примерно 3,20 × 10 −11 Дж энергии. Этот процесс деления обычно происходит, когда большое ядро, которое является относительно нестабильным (то есть, существует некоторый уровень дисбаланса в ядре между кулоновской силой и сильной ядерной силой), поражается тепловым нейтроном с низкой энергией . В дополнение к меньшим ядрам, создаваемым, когда деление происходит, деление также выпускает нейтроны.

Энрико Ферми первоначально разделил ядра урана в 1934 году.Он считал, что некоторые элементы могут быть получены путем бомбардировки урана нейтронами. Хотя он ожидал, что новые ядра будут иметь большие атомные номера, чем исходный уран, он обнаружил, что сформированные ядра были радиоизотопами более легких элементов. [3] Эти результаты были правильно истолкованы Лизой Мейтнер и Отто Фришем во время рождественских каникул. Чтобы прочитать эту очаровательную историю об истории ядерной науки, пожалуйста, прочитайте эту статью.

Откуда берется энергия?

Огромная энергия, которая высвобождается в результате этого разделения, исходит от того, как сильно протоны отталкивают друг друга с помощью кулоновской силы, едва удерживаемой сильной силой.Каждый протон толкает каждый другой протон с силой около 20 Н, о силе руки, лежащей на коленях человека. Это невероятно огромная сила для таких маленьких частиц. Эта огромная сила на небольшом расстоянии приводит к достаточному количеству выделяемой энергии, которая достаточно велика, чтобы вызвать ощутимое уменьшение массы. Это означает, что общая масса каждого из осколков деления меньше массы исходного ядра. Эта недостающая масса называется дефектом массы. [4]

Удобно говорить о количестве энергии, которая связывает ядра вместе.Все ядра, имеющие эту энергию связи, кроме водорода (в котором всего 1 протон и нет нейтронов). Полезно подумать об энергии связи, доступной каждому нуклону, и это называется энергией связи на нуклон . Это, по сути, сколько энергии требуется на нуклон, чтобы отделить ядро. Продукты деления более стабильны, что означает, что их сложнее разделить. Поскольку энергия связи на нуклон для продуктов деления выше, их общая масса нуклонов меньше.Результатом этой более высокой энергии связи и меньшей массы является производство энергии. [4] По существу, дефект массы и энергия связи ядер являются взаимозаменяемыми.

Использование в производстве энергии

Деление более тяжелых элементов является экзотермической реакцией. Деление может выделять до 200 миллионов эВ по сравнению с сжиганием угля, которое дает лишь несколько эВ. Только из этого числа ясно, почему ядерное деление используется в производстве электроэнергии. Кроме того, количество выделяемой энергии намного более эффективно по массе, чем количество угля. [3] Основная причина, по которой ядерное деление используется для выработки электроэнергии, заключается в том, что при надлежащей замедленности и использовании регулирующих стержней выброшенные свободные нейтроны из реакции деления могут затем снова вступать в дальнейшую реакцию с топливом. Это тогда создает устойчивую ядерную цепную реакцию, которая выпускает довольно непрерывные количества энергии. Недостатком использования деления в качестве метода генерации электричества является то, что образующиеся дочерние ядра являются радиоактивными. Ниже приведено моделирование, показывающее, как нейтроны в реакторе приводят к событиям деления внутри топливного пучка.При моделировании красная вспышка внутри топливного стержня означает, что произошло событие деления, а синяя вспышка указывает на поглощение нейтронов.

Когда ядерное деление используется для выработки электроэнергии, оно называется ядерной энергией. В этом случае уран-235 используется в качестве ядерного топлива, и его расщепление инициируется поглощением медленно движущегося теплового нейтрона. Другими изотопами, которые могут быть вызваны таким делением, являются плутоний-239, уран-233 и торий-232. [2] Для элементов, которые легче, чем железо в периодической таблице, ядерный синтез вместо ядерного дает энергию.Тем не менее, в настоящее время не существует метода, который позволил бы нам получить доступ к энергии, которую может синтезировать.

Рекомендации

,

Смотрите также