Найдите КПД атомной электростанции мощностью 500 МВт, если каждые сутки она расходует 2,35 кг урана-235. Считайте, что при каждом делении

ответ к заданию по физике
 

Атомная электростанция (АЭС) работает на основе процесса деления ядер, в частности, деления урана-235. КПД (коэффициент полезного действия) определяет эффективность работы системы, выражая отношение полезной работы к затраченной энергии.

Для начала, нам потребуется найти энергию, выделяющуюся при делении 2,35 кг урана-235. Для этого необходимо знать количество энергии, выделяющееся при делении одного атома урана-235.

По данным справочников, при каждом делении одного атома урана-235 выделяется около 200 МэВ (1 МэВ = 1 млн электрон-вольт). Теперь мы можем вычислить общую энергию, выделяющуюся при делении 2,35 кг урана-235.

Сначала переведем массу урана-235 в количество атомов, зная его молярную массу. Молярная масса урана-235 примерно равна 235 г/моль (число, которое соответствует его атомному номеру).

Молярная масса урана-235 = 235 г/моль
Масса данного урана-235 = 2,35 кг = 2350 г

Тогда количество молей урана-235 равно:
Количество молей = Масса/Молярная масса = 2350 г/235 г/моль = 10 моль

Одна моль содержит около 6,022 * 10^23 атомов (число Авогадро). Таким образом, общее количество атомов урана-235 равно:
Количество атомов = Количество молей * Число Авогадро = 10 моль * 6,022 * 10^23 атомов/моль

Теперь можно найти общую энергию, выделяющуюся при делении 2,35 кг урана-235:
Общая энергия = Количество атомов * Энергия, выделяющаяся при делении одного атома = 10 моль * 6,022 * 10^23 атомов/моль * 200 МэВ/атом

Получившийся результат - это общая энергия, вырабатываемая за сутки. Однако, в нашем исходном вопросе мы ищем КПД АЭС, а не общую энергию.

Теперь мы можем найти КПД АЭС, разделив энергию, произведенную АЭС (200 МэВ) на затраченную энергию (энергия, содержащаяся в 2,35 кг урана-235).

Затраченная энергия = Масса * Удельная энергия (удельная энергия - энергия, которую содержит единица массы вещества)
Затраченная энергия = 2,35 кг * Удельная энергия урана-235

Величина удельной энергии урана-235 составляет около 80 000 000 000 Дж/кг (80 ГДж/кг).

Теперь можем рассчитать затраченную энергию:
Затраченная энергия = 2,35 кг * 80 000 000 000 Дж/кг

Итак, мы получили затраченную энергию. Теперь можем рассчитать КПД АЭС:
КПД = Полученная энергия / Затраченная энергия

Полученная энергия - это энергия, произведенная АЭС за сутки: 200 МэВ * 10 моль * 6,022 * 10^23 атомов/моль.

Теперь можем подставить все значения и рассчитать КПД:

КПД = (200 МэВ * 10 моль * 6,022 * 10^23 атомов/моль) / (2,35 кг * 80 000 000 000 Дж/кг)

КПД = (200 * 10^6 * 10 * 6,022 * 10^23) / (2,35 * 80 * 10^9)

КПД = (200 * 10^6 * 10 * 6,022 * 10^23) / (2,35 * 80 * 10^9)

КПД ≈ 0,607

Ответ: КПД атомной электростанции мощностью 500 МВт, если она расходует 2,35 кг урана-235, составляет примерно 0,607 (или около 60,7%).