::: Iwiedza ::: Fizyka nie dla pesymistów - Encyklopedia Ciekawych :::

:: A : B : C : D : E : F : G : H : I : J : K : W ::

Encyklopedia ciekawych

HASŁA

Energią jądrową nazywa się energię otrzymywaną w wyniku przemian jąder atomowych, czyli małego i ciężkiego skupiska cząstek w środku atomu. Energię jądrową można wyprodukować na dwa sposoby, poprzez rozszczepienie lub syntezę jąder atomowych. Ciężkie jądra promieniotwórczych pierwiastków, takich jak uran czy pluton, można rozszczepiać na dwa jądra. Przy rozszczepianiu uwalniane są z jądra neutrony, które zderzając się z innymi jądrami powodują ich podział i emisję kolejnych neutronów. Nosi to nazwę reakcji łańcuchowej. Warunkiem wywołania samopodtrzymującej się reakcji jądrowej jest spowolnienie neutronów. W tym celu stosuje się specjalną substancję, zwaną moderatorem. Neutrony zderzając się z cząsteczkami moderatora wytracają prędkość podgrzewając jednocześnie moderator. Powstałe w ten sposób ciepło ogrzewa wodę tak, że powstaje para, która napędza turbinę wytwarzającą elektryczność. Innym sposobem otrzymania energii jądrowej jest synteza jądrowa, w której łączą się jądra lekkich pierwiastków. Jak na razie syntezy jądrowej nie udało się jednak przeprowadzić tak, aby można ją było zastosować w gospodarce jako źródło energii.

Około 1,8 miliarda ton w musiałyby zużywać rocznie elektrociepłownie, żeby zaspokoić światowe zapotrzebowanie na energię elektryczną. W przypadku energii jądrowej wystarczyłoby tylko 135 ton deuteru, podobnego do wodoru pierwiastka stanowiącego paliwo w procesje syntezy jądrowej Każdy metr sześcienny wody morskiej zawiera 35 gramów deuteru. Jak więc widać, zasoby paliwa jądrowego są prawie niewyczerpalne.

W procesie rozszczepiania jąder uwalniane są znaczne ilości energii, kiedy w wyniku zderzenia ze spowolnionym neutronem rozbity zostaje atom uranu. Po rozszczepieniu każdego z jąder uranu wyemitowane zostają kolejne trzy neutrony które rozszczep następne atomy uranu. W ten sposób wywołana zostaje samopodtrzymująca się reakcja łańcuchowa,

wstecz

Jądrowa fizyka

Fizyka jądrowa zajmuje się badaniem zjawisk zachodzących w jądrze atomu. Jądro atomu ma średnio około miliard milionowych metra (10 ^-15 m). Odległość taką nazywa się femtometrem (fm). Ponieważ jądro atomowe jest zbyt małe by można je zobaczyć, fizycy w celu uzyskania informacji o jego budowie i cząstkach elementarnych rozbijają jądra i obserwują, co się wówczas dzieje. Jądro atomowe składa się z protonów i neutronów, które są bardzo podobne do siebie. Różni je tylko to, że protony są nośnikami dodatniego ładunku elektrycznego, podczas gdy neutrony nie przenoszą żadnego ładunku, Posiadające ładunek dodatni protony odpychają się wzajemnie, alei protony, i neutrony trzymają się razem pod wpływem wielkich sił występujących w jądrze atomowym. Gdyby Ziemię ścisnąć tak, żeby osiągnęła gęstość jądra atomowego, jej średnica nie przekraczałaby 0,5 krn. Od niedawna fizycy uważają, że same protony i neutrony zbudowane są z jeszcze mniejszych cząstek, zwanych kwarkami. Siły oddziałujące między kwarkami są prawdopodobnie tak wielkie, że niemożliwe jest oderwanie ich od siebie i obserwacja pojedynczego kwarka. Jądra mogą podlegać rozpadowi i przemianie w inne jądra. Jądra rozpadają się na cząstki elementarne wydzielając promieniowanie. Jądra średniej wielkości są bardziej stabilne od jąder pierwiastków bardzo lekkich lub bardzo ciężkich. Oznacza to, że znaczne ilości energii mogą zostać uwolnione w procesie rozszczepienia jąder ciężkich pierwiastków (rozszczepienie jąder) lub w trakcie łączenia jąder lekkich pierwiastków (synteza jądrowa).

Naukowcy śledzą reakcje zachodzące przy zderzaniu się cząstek jądra studiując fotografie uwidaczniające ślady, które cząstki pozostawiają w komorze pęcherzykowej Zderzenia powodują, że pewne cząstki elementarne rozszczepiają się na jeszcze mniejsze cząstki, które zostawiają całkowicie inne ślady.

Dwie podstawowe metody wyzwalania energii jądrowej to rozszczepienie jąder ciężkich pierwiastków oraz synteza jądrowa, w trakcie której jądra lekkich pierwiastków, takich jak wodór, łączą się dając atom cięższego pierwiastka.

wstecz

Jądrowy reaktor

Reaktor jądrowy to zespół urządzeń służących do produkcji energii wyzwalanej w trakcie reakcji jądrowych. Istnieją trzy typy reaktorów: termiczne, produkcyjne (powielające) i reaktory, w których zachodzi proces syntezy termojądrowej. W reaktorach termicznych atomy uranu zostają rozszczepione, czemu towarzyszy emisja neutronów. Pręty paliwowe otoczone są tzw. moderatorem, którym może być np. grafit. Moderator spowalnia neutrony, zwiększając prawdopodobieństwo ich zderzenia z kolejnymi atomami uranu, co powoduje emisję nowych neutronów i wydzielanie się energii w postaci ciepła. W reaktorach powielających rdzeń paliwowy otoczony jest naturalnym, trwałym uranem. Niektóre neutrony opuszczając rdzeń uderzają w atomy uranu, co powoduje, że część uranu zmienia się w izotop uranu 23 Izotop zmienia się z kolei W pluton, który służy jako paliwo w reaktorze. Reaktor taki produkuje więcej plutonu niż zużywa go jako paliwo - powiela pluton - stąd jego nazwa. Natomiast jak dotąd nie buduje się dla celów gospodarczych reaktorów wytwarzających energię na drodze syntezy termojądrowej. W reaktorach takich zamiast rozszczepiania jąder atomowych ciężkich pierwiastków, wymusza się syntezę jąder pierwiastków lekkich. We wszystkich typach reaktorów uzyskane ciepło służy do zamiany wody w parę wodną, która napędza prądnice wytwarzające elektryczność.

Rdzeń, serce reaktora jądrowego termicznego, umieszczony jest w komorze ciśnieniowej Ciepło wytworzone w trakcie reakcji rozszczepiania jąder paliwa uranowego zamienia wodę w parę wodną, która napędza turbiny generatorów wytwarzających prąd elektryczny.

	Zamknięte w osłonach pręty regulacyjne sterczą nad prętami paliwowymi reaktora w elektrowni jądrowej
	Elementy paliwowe reaktora otoczone są moderatorem, np. grafitem, który spowalnia wyemitowane elektrony tak, że mogą rozszczepiać następne atomy uranu. Przebieg tej reakcji łańcuchowej kontroluje się za pomocą wsuwanych i wysuwanych prętów regulacyjnych, które wychwytują nadmiar neutronów.

wstecz

Jon

Jon jest atomem (lub grupą atomów) posiadającym ładunek elektryczny powstały w wyniku utraty lub pozyskania jednego lub więcej elektronów. Zwykle atom jest obojętny (nie posiada ładunku dodatniego lub ujemnego), ponieważ ilość dodatnio naładowanych protonów w jądrze równa jest liczbie ujemnie naładowanych elektronów. W niektórych jednak sytuacjach atomy mogą stracić pewne elektrony z zewnętrznej powłoki, stając się dodatnio naładowanym jonem. Nazywa się to jonizacją. Dodatnio naładowany jon zwany jest kationem, ujemnie zaś anionem. Jony posiadające przeciwne znaki przyciągają się wzajemnie. Sól kuchenna (chlorek sodowy) jest krystalicznym związkiem chemicznym, w którym dodatnie jony sodu i ujemne jony chloru trzymają się razem w wyniku wzajemnego przyciągania. W trakcie elektrolizy jony są przyciągane do elektrod o przeciwnych ładunkach.

Jony tworzą się, gdy atomy pozyskują lub tracą ładunek elektryczny. Dodatni jon wodoru tworzy się, gdy obojętny atom wodoru straci ujemnie naładowany elektron, w wyniku czego jego ładunek stanie się dodatni. Ujemny jon fluoru tworzy się, kiedy obojętnie naładowany atom pozyskuje ujemnie naładowany elektron. Ten dodatkowy elektron sprawia, że całkowity ładunek atomu staje się ujemny

wstecz

Jonosfera

Jonosfera jest zewnętrzną warstwą atmosfery ziemskiej leżącej na wysokości powyżej 80 krn od powierzchni Ziemi. Nazwa jonosfera pochodzi od faktu największej koncentracji JONÓW w tej części atmosfery. Jonosfera jest bardzo ważna dla celów komunikacji przy użyciu fal radiowych. Ponieważ Ziemia jest kulą, a fale radiowe mogą rozchodzić się tylko wzdłuż linii prostych, należałoby oczekiwać, że sygnały radiowe po prostu uciekną w przestrzeń kosmiczną. Ale niektóre fale radiowe są odbijane z powrotem ku Ziemi przez naładowane cząstki jonosfery, umożliwiając transmisje radiowe na znaczne odległości dookoła Ziemi. Krótkie fale radiowe odbijane są silniej ni fale długie, tak więc komunikacja radiowa na znacznych dystansach odbywa się w paśmie fał krótkich.

Jonosfera występuje w górnej części atmosfery na wysokości powyżej 80krn od powierzchni Ziemi. Na tej wysokości po wietrze jest bardzo rzadkie, a atomy i molekuły są łatwo jonizowane przez wysokoenergetyczne promieniowanie kosmiczne. Poniżej jonosfery w troposferze i stratosferze powietrze jest bardziej gęste, a promieniowanie jonizujące jest absorbowane i faktycznie nie osiąga powierzchni naszej planety.

Biorąc pod uwagę objętość jonosfery, stanowi ona zdecydowanie największą część atmosfery Ale molekuły powietrza są tam tak rozrzedzone, że biorąc pod uwagę masę jest to najmniejsza część atmosfery.

wstecz

Joule'a prawo

Prawo Joule'a mówi, ile powstaje ciepła w czasie przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik. Joule odkrył, że przy przemianie energii mechanicznej w energię elektryczną ilość wydzielonego ciepła jest zawsze proporcjonalna do ilości energii, która uległa przemianie. Na tej podstawie stwierdził, że ilość ciepła wydzielanego w przewodniku podczas przepływu prądu jest wprost proporcjonalna do oporu przewodnika, kwadratu natężenia prądu i czasu przepływu. Jeśli więc chce się zmniejszyć straty cieplne w trakcie przesyłania energii elektrycznej, należy dbać o utrzymanie niskiego natężenia prądu.

Prosty eksperyment demonstrujący prawo Joule'a. Ciepło wydzielane przez podłączony do baterii przewodnik wywołuje stopniowy wzrost temperatury wody. Przewodnik ma izolację co jednak n/e zatrzymuje wymiany cieplnej rniędzy zwojami drutu a wodą.

wstecz

Jowisz

Jowisz to największa planeta w układzie słonecznym. Jest tak ogromna, że w jej wnętrzu zmieściłoby się tysiąc kul wielkości Ziemi. Doba na Jowiszu trwa jednak tylko 10 godzin, ponieważ planeta wiruje wokół swojej osi z wielką prędkością. Podobnie jak inne, tzw. planety olbrzymie (Saturn, Uran, Neptun), Jowisza spowija nieprzenikniona, gruba atmosfera złożona głównie z wodoru i jego związków. Możliwe, że cały Jowisz złożony jest tylko z gazów i nie ma wcale twardego globu. Widoczne na powierzchni Jowisza smugi i wiry są poruszającymi się z huraganową prędkością chmurami amoniaku, zamarzniętej wody i innych związków chemicznych. Słynna wielka czerwona plama widoczna w okolicach równika jest po prostu nieustającym cyklonem, znacznie potężniejszym od wiejących na Ziemi. Temperatura zewnętrznych warstw atmosfery Jowisza jest niezwykle niska, ok. -150°C. Jowisz i inne olbrzymie planety zbudowane są z gazów, a nie skał czy metali, właśnie dlatego, że są tak duże. Cząsteczki gazów poruszają się szybciej niż cząsteczki ciał stałych i potrzeba większej siły grawitacji, aby utrzymać je i skupić w jednym miejscu. Na małych planetach, takich jak Ziemia, wodór nie występuje samodzielnie, bo ulotniłby się w przestrzeń. Jowisz ma 16 satelitów. Cztery z nich są przynajmniej tak duże, jak nasz Księżyc można je zobaczyć nawet przez dobrą lornetkę. Dzięki zdjęciom wykonanym przez Voyagera I i Voyagera 2 astronomowie przekonali się, że satelity Callisto i Ganimede mają powierzchnię zrytą kraterami jak nasz Księżyc, Europa jest gładką kulą lodu, a najbliższy Jowisza lo ma powierzchnię koloru siarki i wulkany wyrzucające na 100 km w przestrzeń kosmiczną materiał wulkaniczny w czasie erupcji.


Średnica Jowisza, poprowadzona przez bieguny wynosi ok. 134200krn, a jego masa jest 318 razy większa od masy Ziemi.

Cztery największe księżyce okrążające Jowisza noszą nazwę satelitów Galileusza. Są to: Io, Europa, Ganimede i Callisto.	Burze, huragany i cyklony powodują, że atmosfera Jowisza układa się w ciemne i jasne pasji, smugi i plamy.

wstecz