Сколько надо сжечь каменного угля , чтобы получить энергию, выделяющуюся при превращении 1 г водорода в гелий?

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно рассмотреть процесс превращения водорода в гелий, который происходит в термоядерных реакциях, таких как те, что происходят в звездах, включая Солнце.

1. Энергия, выделяемая при превращении водорода в гелий

При слиянии четырех ядер водорода (протонов) образуется одно ядро гелия. В этом процессе выделяется энергия, благодаря тому что масса гелия меньше суммы масс протонов. Разница в массе преобразуется в энергию согласно уравнению Эйнштейна $E = mc^2$, где $m$ — разница в массе, а $c$ — скорость света ($3 \cdot 10^8$ м/с).

• Потеря массы в процессе: около $0,007 \, \text{г}$ на 1 г водорода.
• Энергия, выделяющаяся при слиянии 1 г водорода в гелий, составляет примерно $6,3 \cdot 10^{11} \, \text{Дж}$ (джоулей).

2. Калорийность каменного угля

Каменный уголь, в зависимости от сорта, имеет теплоту сгорания в среднем около $27 \, \text{МДж/кг}$ (миллионов джоулей на килограмм). Это означает, что при сгорании 1 кг каменного угля выделяется энергия $27 \cdot 10^6 \, \text{Дж}$.

3. Расчёт массы угля

Теперь найдём, сколько угля нужно сжечь, чтобы получить ту же энергию, что выделяется при превращении 1 г водорода в гелий:

Выполним деление:

Итог

Чтобы получить энергию, выделяющуюся при превращении 1 г водорода в гелий, нужно сжечь около 23,33 тонны каменного угля. Это наглядно демонстрирует невероятную плотность энергии термоядерных реакций по сравнению с химическими реакциями, такими как горение.