Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 24. 10. 2009 11:39

Jonagored
Příspěvky: 29
Reputace:   
 

Jaderná fyzika - problém s příkladem

je tu nějakej jaderák? třeba z fujtajflu? nebo aspoň nadšenec?  :D
nechápu, jak vyřešit příklad na rozpadové řady...

mám vypočítat stáří horniny, ve které bylo analýzou zjištěno 5.10^(-3) cm^3/g Helia a 0,3 parts per milion Uranu. Veškeré He vzniklo alfa přeměnou prvků z uranové rozpadové řády a jeho únik do ovzduší se zanedbává.


Pokud bych měla aplikovat klasickej vztah pro rozpad N=N(0).e(-Lt), tak bych potřebovala zjistit, kolik ppm uranu bylo v počátečním stavu. k tomu by mi asi měl pomoct ten obsah helia, ale nevím, co s tím - uranová řada obsahuje 10 prvků podléhajících rozpadu alfa, plus další prvky, co jdou beta, a tohle všechno se náhodně mohlo stát. navíc je v přirozenejch rozpadovejch řadách trvalá rovnováha, takže jakmile se rozpadne 1 uran, hned se produkt dál přeměňuje a ta závislost není lineární...takže jsem z toho silně zmatená ...

nevíte někdo?


omezený podmozek

Offline

 

#2 25. 10. 2009 09:47

jelena
Jelena
Místo: Opava
Příspěvky: 30020
Škola: MITHT (abs. 1986)
Pozice: plním požadavky ostatních
Reputace:   100 
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

je tu nějakej jaderák? třeba z fujtajflu? nebo aspoň nadšenec?  :D

hm, ani jedno ze seznamu (proto bez záruky). Ale:

1) v zadání je "0,3 parts per milion Uranu" (taková jednotka nemůže viset ve vzduchu), stejně tak jednotky u He se vztahuji k objemovému obsahu. Proto si můžeme zvolit nějakou hmotnost vzorku m (třeba 1 g), ze které vypočteme množství (hmotnost) uranu v kontrolovaném vzorku a množství (objem) He v kontrolovaném vzorku. 

2) jelikož je řečeno, že všechno He vzniklo rozpadem uranové řády, tak bych jiné přechody neuvažovala. Uvažovala bych, že v jednom přechodu z 1 mol uranu vznika 1 mol dalšího prvku v řádě a 1 mol He:

${}^{A}_{Z} \mathrm {X} \to {}^{A-4}_{Z-2} \mathrm {Y} + {}^{4}_{2} \mathrm {He} + \Delta E$ (kopírováno odsud)

Podle počtu přechodu, ve kterých probíhá tato přeměna, vypočtu počet molů vzniklého He (z 1 mol uranu vznikne "počet přechodu" mol He). Z objemu He (který budu považovat za ideální plyn, tedy molární objem je 22,4 dm^3) vypočtu původní hmotnost uranu.

Tady jsou nějaká moudra k tématu, ale pro úvodní výpočet bych volila svůj návrh.

Doufám, že místní fyzikové účinně zarypou, za co již teď děkuji :-)

Offline

 

#3 25. 10. 2009 18:48

LukasM
Příspěvky: 3274
Reputace:   193 
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

↑ jelena:
Zdravím. Sice se rozhodně nepovažuji za místního fyzika, ale i tak bych něco napsal. Tenhle postup podle mně nebude fungovat právě kvůli tomu, co psala Jonagored, totiž v rozpadové řadě je více alfa zářičů než jenom uran-238. Takže bych řekl, že z toho výpočtu nakonec vyjde číslo mnohem větší než by mělo, pokud jsem tedy něco nepřehlédl. Mám pravdu?
Každopádně nezastírám, že to sám vyřešit neumím. Kdybych měl chvíli čas, tak o tom zkusím popřemýšlet, ale to asi jen tak nebude, momentálně nevím co dřív - mimochodem právě proto že jsem z toho fujtajflu. Bohužel tam nejsem dost dlouho abych rovnou věděl jak na to.

Offline

 

#4 25. 10. 2009 19:11

jelena
Jelena
Místo: Opava
Příspěvky: 30020
Škola: MITHT (abs. 1986)
Pozice: plním požadavky ostatních
Reputace:   100 
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

↑ LukasM:

Zdravím a děkuji za reakci :-)

já nemám na mysli jen uran jako zdroj - v každé přeměně vzniká 1 mol He + 1 mol "nový zdroj", z "nového zdroje "další nový zdroj" + 1 mol He a tak dojdeme až do Pb (pokud bychom uvažovali i další přechody (mimo uranovou řádu), tak by snad bylo v zadání řečeno). Pravda, byl to jen nápad bez záruky - zdal se mi přijatelný z důvodu zachování hmotnosti. Doufám, že ještě nějaká reakce se objeví - třeba kolega BrozekP, děkuji.

Mohla bych se ještě podívat do nějakých sbírek, ale neslibuji - jelikož momentálně vím, co dřív - a není to fyzika :-)

Moje trocha fyzikálního povědomí končí u mechaniky, ještě tak trocha reologie + elektrotechnika, ale hvězdy nebo jadra - to už ne.   

Přeji, ať alespoň víš, co dřív a ať se vše seřadí a podaří.

Offline

 

#5 25. 10. 2009 21:05

Pavel Brožek
Místo: Praha
Příspěvky: 5694
Škola: Informatika na MFF UK
Pozice: Student
Reputace:   194 
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

Tak když už jsem byl přímo vyzván, tak k tématu alespoň něco plácnu i když o tom v podstatě nic nevím (jadernou fyziku mám teprve v tomto semestru) :-)

Když se zběžně podívám na rozpadovou řadu, tak vidím, že poločas rozpadu uranu je o několik řádů větší než poločas rozpadu dalších izotopů. Tak co kdybychom ty poločasy rozpadu ostatních izotopů zanedbali a uvažovali, že se rozpadají ihned - rozpad jednoho jádra uranu by tak znamenal (pokud jsem dobře počítal) 8 jader hélia. Ale víc jsem to nepromýšlel.

Offline

 

#6 25. 10. 2009 21:39

jelena
Jelena
Místo: Opava
Příspěvky: 30020
Škola: MITHT (abs. 1986)
Pozice: plním požadavky ostatních
Reputace:   100 
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

↑ BrozekP:

Zdravím a děkuji za reakci, ale proč mi pořad berete mé iluze?

Potvrzuješ můj návrh:

- povídám, že pokud je úvodní množství uranu 1 mol, tak po 8 (počítano na prstech) přechodech vznikne 8 mol He. My víme, kolík helia je ve výsledném vzorku, proto pomoci trojčlenky (tu neznáš :-) spočteme, kolik bylo uranu v původním vzorku (teoreticky - stechiometricky), k tomu ale ještě přidáme množství uranu, co se nerozpadlo, a tak zjistime, kolik uranu bylo a kolik zůstalo.

Čásový průběh je exponenciální, ale množstevní, alespoň v takovém zadání, jak máme, je lineární. Něco mi ale říká, že větší zázraky s takovým zadáním neuděláme, samozřejmě mohu se velmi mylit :-)

Dřívě se tady vyskytoval dokonce i čtenář knihy Špolského, ale teď místo sebe posílá synovce - váženého lesního inženýra, mohli bychom poprosit, ať se poptá stryčka, zda by ten problém nedořešil, že pěkně děkujeme a něco mu přečteme.

------
"Mně se zdá, že tam moc rád nejdeš"...
"Můžeš si tam opakovat počty."... Počty byly trošku slabou stránkou Kájovou doposud...

Offline

 

#7 25. 10. 2009 21:51

Jonagored
Příspěvky: 29
Reputace:   
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

Děkuji za zájem o můj problém : )
uvažovala jsem podobně, ale nemůžu se dopočítat ke konkrétnímu číslu.

Mám tedy: 1gram ---5.10^(-6)l He --- 2,232.10^(-7) mol He

1 mol U ......8 mol He (osm tedy, ne deset, děkuji) => 2,79.10^(-8) mol U ....2.232.10^(-7) mol He
(pokud tu závislost beru lineárně)
Vše je vztaženo na 1 gram neznámé horniny.
Teď  ale nevím, na co vzáthnout ty 0,3  ppm uranu. (Nevím, z čeho je hornina a kolik má částic v gramu)

Když jsem ppm vztáhla na obsah He a dosadila s výsledkem do vztahu...
n=n(pův) . e ^(-Lt), kde L = ln2/T=4,917.10^(-18)

... výsledek byl špatný :-/

[má vyjít 1,3.10^9 roků]


omezený podmozek

Offline

 

#8 25. 10. 2009 22:02

Pavel Brožek
Místo: Praha
Příspěvky: 5694
Škola: Informatika na MFF UK
Pozice: Student
Reputace:   194 
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

↑ jelena:

Pravda, už jsi to napsala. Můj myšlenkový postup mi ale zabránil si to uvědomit :-) Nejprve jsem přečetl tvůj příspěvek, ten postup jsem v mysli zavrhl, protože jsem neměl důvod si myslet, že se všechny další rozpady uskuteční. Pak jsem začal trochu hledat na wikipedii a našel ty poločasy rozpadu a napsal jsem to co jsem napsal, už jsem si v tu chvíli neuvědomil, že to dává stejný postup jako máš ty. Ale stejně myslím, že jsem alespoň lépe odůvodnil, proč to můžeme takhle počítat :-)

Čásový průběh je exponenciální, ale množstevní, alespoň v takovém zadání, jak máme, je lineární. Něco mi ale říká, že větší zázraky s takovým zadáním neuděláme, samozřejmě mohu se velmi mylit :-)

Tomu moc nerozumím - máš na mysli lineární úbytek uranu s časem? Takové přiblížení zde snad není třeba, nevidím překážku to analyticky spočítat i pro exponenciální pokles. Měl bych si to spočítat, ať vidím konkrétní hodnoty...

Offline

 

#9 25. 10. 2009 22:38

jelena
Jelena
Místo: Opava
Příspěvky: 30020
Škola: MITHT (abs. 1986)
Pozice: plním požadavky ostatních
Reputace:   100 
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

↑ Jonagored:

1. krok: mám 1 g horniny, v tom je 0,3 ppm (to je podobné jako procenta, ale ... menší), výsledek bude v gramech.

He v 1 gramu ---5.10^(-6)l He --- 2,232.10^(-7) mol He (přepočteno přes molární objem, předpokládám)

2. krok:
z 1 mol U vzníká 8 mol He
z x mol U vzníká 2,232.10^(-7), odsud trojčlenkou: => 2,232.10^(-7)/8 = 2,79.10^(-8) mol U

3. krok:
jeden mol U "váží" 238 g/mol (M_r z tabulek mého krajana), odsud vypočtu hmotnost U v původním vzorku (stechiometricky): 238*2,79.10^(-8)=..., k tomu připočtu množství U, které jsem vypočetla v 1. kroku.

Číselně jsem nekontrolovala, to, co tučně - mé doplnění do výpočtu Jany. Já teď dožehlím, dokonzultuji def. obory, odpovím na otazku ohledně nějakého stolku, najdu učebnici angličtiny pro milého syna (tedy doufám, že najdu - když on nenašel) a pak vezmu kalkuláčku (doufám, že už nebude potřeba).

Offline

 

#10 25. 10. 2009 23:07 — Editoval BrozekP (25. 10. 2009 23:07)

Pavel Brožek
Místo: Praha
Příspěvky: 5694
Škola: Informatika na MFF UK
Pozice: Student
Reputace:   194 
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

↑ jelena:

Dal jsem to do kalkulačky a vyšlo mi přibližně $2\cdot10^{10}$ roků, což neodpovídá tomu, co má vyjít. Stejné číslo mi vychází i když dosadím do výsledku svého výpočtu. Takže buď špatně dosazuji nebo je špatně něco jiného :-).

Offline

 

#11 25. 10. 2009 23:21

Jonagored
Příspěvky: 29
Reputace:   
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

Mě vyšlo totéž, ale nechtěla jsem vám kazit iluze : )


omezený podmozek

Offline

 

#12 26. 10. 2009 01:00 — Editoval jelena (26. 10. 2009 06:30)

jelena
Jelena
Místo: Opava
Příspěvky: 30020
Škola: MITHT (abs. 1986)
Pozice: plním požadavky ostatních
Reputace:   100 
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

↑ Jonagored:, ↑ BrozekP:

také jsem nedospěla k výsledku, jak uvádí Jana, tak nevím, v čem je úvaha špatná. Úloha je pravděpodobně zadana na zítra (tedy na dnešek), slibit, že budu uvažovat - to je zbytečné, nedouvažuji, a že v ranních hodinách vymyslím něco jiného, to už vůběc ne - bídná perspektiva.

Minimálně na jednu věc se zeptam - to, co máme před sebou, je originál zadání nebo převypravená varianta? Děkuji a zdravím :-)

--------------
Iluze se nedaji zkazit, ale jen vzit (i když přenechám to mistním lingvistům)

EDIT: jestli problém nebude v tom, že reakce popisuje polorozpad, my však počítáme pořad celý rozpad. Ale s ohledem na čas editu úplně bez záruky.

Offline

 

#13 26. 10. 2009 09:49

Pavel Brožek
Místo: Praha
Příspěvky: 5694
Škola: Informatika na MFF UK
Pozice: Student
Reputace:   194 
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

$N$ - množství uranu teď - známe
$\Delta N$ - úbytek uranu - spočítali jsme z hélia
$N_0$ - množství uranu na začátku - $N_0=N+\Delta N$

Uran se s časem rozpadá, ubývá exponenciálně:
$N=N_0\cdot2^{-\frac{t}{T}}$,
kde $T$ je poločas rozpadu. Z toho

$t=-T\ln_2\(\frac{N}{N+\Delta N}\)$

Podle mě je poločas rozpadu takhle použit správně.

Offline

 

#14 26. 10. 2009 22:51

jelena
Jelena
Místo: Opava
Příspěvky: 30020
Škola: MITHT (abs. 1986)
Pozice: plním požadavky ostatních
Reputace:   100 
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

↑ BrozekP:

Zdravím, to byl jen pokus uvažit, kde může být chyba (zdůvodněný posunem času, nějak jsem neměla co dělat).

Postup, že vezmu výsledek a budu hledat, jak se k takovému výsledku došlo, neuznávám. To se dá použit, kdybychom měli nějaké pohybnosti ve výkladu zadání, z tohoto důvodu nějaká alternativní řešení a z alternativ bychom zvolili variantu, která je přijatelna. Jinak ne.

Doufam, že kolegyňka Jana doplní ↑ Jonagored:, jak to mělo být.

Zanechám alespoň nějaké hezké (i pro lingvisty) čtení: A. F. Kovařík "O staří země" a a další zajimavost od stejného autora

Pozdrav :-)

Offline

 

#15 26. 10. 2009 23:00 — Editoval BrozekP (26. 10. 2009 23:00)

Pavel Brožek
Místo: Praha
Příspěvky: 5694
Škola: Informatika na MFF UK
Pozice: Student
Reputace:   194 
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

↑ jelena:

Zdravím,

bez ohledu na výsledek, který "má vyjít", je $2\cdot10^{10}$ roků moc, když uvážíme, že stáří vesmíru je přibližně $1,3\cdot10^{10}$ roků. Samozřejmě stáří vesmíru nemusí být změřeno správně, v minulosti se to dost měnilo, ale pokud vím, tak teď už by to mělo být poměrně přesné.

Offline

 

#16 26. 10. 2009 23:43

Jonagored
Příspěvky: 29
Reputace:   
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

Zdravím, zadání je opsáno přesně až na změny typu ,,vypočítejte"-,,mám vypočítat"...doufám, že se správný postup dozvím ve čtvrtek na cvičení, naše jaderka má víceméně formu samostudia :-/


omezený podmozek

Offline

 

#17 27. 10. 2009 18:44

jelena
Jelena
Místo: Opava
Příspěvky: 30020
Škola: MITHT (abs. 1986)
Pozice: plním požadavky ostatních
Reputace:   100 
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

↑ Jonagored:, ↑ BrozekP:

Zdravím vás a děkuji za reakce. Překonala jsem svoji lenost a došla jsem (o 1 patro) pro HRW (kolega BrozekP asi těžko čte takové knihy, jelikož z jeho pohledu to musí být v rovině Mateřidoušky :-)

V odkazované kapitole je materiál "Radioaktivní datování" s řešeným příkladem a na závěr jsou úlohy ke stejnému tématu. Postup řešení je zcela shodný jako náš (z 1 mol U vzníká 1 mol Pb a vedlejší produkty, což je 8 mol He v našem případě).

Proto jsem už mohla hledat, kde může být problém s výpočtem - už by to neporušovalo zásady (kolega přeceňuje moje znalosti ohledně staří Země, opravdu netuším, zda je to malo nebo moc).

Použiji vzorec od kolegy Pavla $N=N_0\cdot2^{-\frac{t}{T}}$ a po úpravách: $t=\frac{-T\ln\(\frac {N}{N_0}\)}{\ln 2}$, $t=\frac{T\ln\(\frac {N+\Delta N}{N}\)}{\ln 2}$ budu používat toto:

$t=\frac{T\ln\(1+\frac {\Delta N}{N}\)}{\ln 2}$

$t=\frac{4.5\cdot 10^9\ln\(1+\frac {5\cdot 10^{-6}\cdot 238}{22.4\cdot 8\cdot 0.3 \cdot 10^{-6}}\)}{\ln 2}$ vysledek, který se nám nelibí

Zde jsem "přidala" 100 do jmenovatele (k ppm): $t=\frac{4.5\cdot 10^9\ln\(1+\frac {5\cdot 10^{-6}\cdot 238}{100\cdot 22.4\cdot 8 \cdot 0.3 \cdot 10^{-6}}\)}{\ln 2}$  a takový výsledek má být. A teď je otázka, zda neumíme převádět nějakou jednotku (a to celý tym neumí stejně?) nebo je v zadání překlep.

Může být? A když nemůže - tak máme ještě v zásobě 4 otázky. Ať se vede :-)

Offline

 

#18 29. 10. 2009 19:05

Jonagored
Příspěvky: 29
Reputace:   
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

Zdravím, děkuji Jeleně za e-mail : )
Cvičící tento příklad neměl vypočítaný (a podívá se na něj), ale v té sbírce se prý vyskytují chyby poměrně často... Podle postupů, které jsme používali k řešení ostatních příkladů z toho oddílu bych řekla, že tenhle může být v pořádku.


omezený podmozek

Offline

 

#19 30. 10. 2009 10:07

jelena
Jelena
Místo: Opava
Příspěvky: 30020
Škola: MITHT (abs. 1986)
Pozice: plním požadavky ostatních
Reputace:   100 
 

Re: Jaderná fyzika - problém s příkladem

↑ Jonagored:

Zdravím a děkuji za zprávu :-)

Ještě trochu doplním, že po pročtení materiálů k problému rozumím námitkam kolegů od opravdových fyziku ↑ LukasM:, ↑ BrozekP: tak, že více korektně by to zadání vyznělo, kdyby ve vzorci stanovili obsah Pb - z 1 mol U vznikne 1 mol Pb bez ohledu na počet přechodu. Ale to je z mé strany konec odborné debaty.

Samozřejmě, pokud pan učitel navrhne něco zajimavého, tak nás poinformuj, děkuji a pozdrav celému týmu :-)

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson