|
27.08.2002
14:42 |
Почему светит Солнце? 
Предыдущее
Всего за 30 миллионов
лет
Полный запас тепловой энергии в звезде
примерно равен ее гравитационной энергии с обратным
знаком, т. е. порядка GM2/R. Для
Солнца тепловая энергия равна 4-Ю41 Дж. Каждую
секунду Солнце теряет
4 1026 Дж. Запаса его тепловой энергии хватит на 30
миллионов лет. Характерное время, за которое звезда теряет свою тепловую
энергию, называется тепловым:
tТ =~ K/L. (8)
Однако Земля и
Солнце существуют почти в неизменном
виде несколько миллиардов лет. Значит, внутри Солнца
должен существовать источник энергии, который пополняет потери на излучение.
Мы видели, что в звезде есть
гигантский резервуар гравитационной энергии. Но черпать из него энергию
безнаказанно нельзя. Нужно, чтобы
Солнце сжималось, причем оно должно уменьшаться в
2 раза каждые 30 миллионов лет. Нужно искать другой
источник энергии.
Его нашел английский астроном, создатель современной
теории внутреннего строения звезд Артур Эддингтон, который работал в том же
Кембриджском университете, что и Ньютон, но 200 годами позже. Эддингтон
предположил, что внутри Солнца выделяется ядерная
энергия вещества. Эта идея была высказана задолго до
создания термоядерной бомбы.
Откуда берется ядерная энергия? Ядра атомов представляют
собой смесь нейтронов и протонов (нуклонов).
Полная энергия ядра состоит из потенциальной энергии
ядерного взаимодействия, электрического отталкивания
протонов и кинетического движения всех частиц. На рис.
29 показан график зависимости энергии одного нуклона
от атомного
номера химического элемента. Средняя
энергия одного
нуклона в ядре, взятая с обратным знаком, показывает, насколько сильно
связаны частицы
в ядре (насколько глубока потенциальная яма, в которую
они попали). Глядя на этот график, мы видим, что наибольшей связью обладают
элементы, группирующиеся
вблизи железа. У более легких элементов нуклонов
в ядре мало. Ведь энергия ядерного взаимодействия пропорциональна квадрату
числа частиц (каждая частица
взаимодействует с каждой! Кстати, по этой же причине
и гравитационная энергия пропорциональна квадрату
массы.). Энергия, приходящаяся на одну частицу, растет
с ростом числа частиц в ядре. Но это справедливо только до тех пор, пока
ядра не очень велики. Ядерные силы
очень короткодействующие; они действуют на расстояниях 10-13 см, а при
увеличении расстояния уменьшаются до нуля. Поэтому в ядрах с большим
количеством частиц нуклоны взаимодействуют только с ближайшими
соседями. А вот электрическое отталкивание, энергия которого положительна,
из-за дальнодействия растет все
время пропорционально квадрату числа нуклонов (числа
протонов и нейтронов в ядрах примерно пропорциональны). Поэтому у ядер
элементов более тяжелых, чем
железо, энергия связи начинает падать. График показывает, что легким
элементам энергетически выгоднее пре-
вратиться в более тяжелые, а сверхтяжелым наоборот,
распасться. (Распад сверхтяжелых элементов использует-
ся в атомных электростанциях.)
Синтез объединение легких элементов сопрово-
ждается гигантским энерговыделением. Например, четы-
ре ядра атома водорода (протона) имеют массу
6,69 10 -27 кг, а ядро гелия - 6,65 10-27 кг. Дефект
массы объясняется теорией относительности. По формуле Эйнштейна полная энергия тела связана с массой
соотношением
E = Мс2.
(9)
Энергия связи
в гелии на один нуклон больше, значит,
глубже его потенциальная яма и меньше его полная
энергия. Если каким-то образом из 1 кг водорода синтезировать гелий, выделится энергия, равная 6 1014 Дж.
Это примерно 1 % полной энергии затраченного топлива.
Вот вам и резервуар энергии.
А в то время, когда Эддингтон выдвинул идею
о ядерной природе звездной энергии, ей (идее) был нанесен смертельный
удар.
Продолжение следует
Обозрение "Физические явления на небесах" профессора В.М.Липунова.
Выскажите свое мнение на:
|
