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太阳核心的产热效率比人体还低? 太阳核心的产热效率比人体还低的原因

但也正是因为太阳核心温度太低,它核心的聚变功率密度大约只有2765Wm³。人体发热功率大约在100W量级,体重在100千克量级,按水的密度估计人体的体积,人体的发热功率密度就已经,更何况在太阳之外就是真空,太阳的大部分能量只能通过黑体辐射的形式散发出去,散热效率就更低了。所以太阳核心的温度要比人体温度高得多。发热功率低反而是好,太阳内部的核聚变反应其实是非常缓和的太阳整体释放能量的效率甚至比人体还。

太阳中心的温度真的是表面温度的2500倍吗为什么

太阳内部的核聚变反应其实是非常缓和的,太阳整体释放能量的效率甚至比人体还低很多倍,之所以太阳内部1500万度就能持续释放大量能量,主要原因在于太阳质量太大。

氢弹爆炸的中心温度高达2亿度以上,人类制造的托卡马克装置约束的等离子体电子,已经能持续一定时间保持在1亿度以上,约束的等离子温度能在5000万度以上,太阳中心温度大约是1500万度。

太阳核心的产热效率比人体还低?

有人可能会有疑问,太阳1500万度就能持续进行核聚变反应,为何我们制造上亿度的温度,还是无法实现可控核聚变?

爱丁顿

最早提出恒星能量来源于核聚变的是英国科学家爱丁顿,他在1919年测量日全食验证了爱因斯坦的广义相对论,在1920年提出恒星发热的机理,但他的恒星理论当时受到了学术界的反驳。

太阳核心的产热效率比人体还低?

因为按照经典物理学的模型计算,在太阳这样的天体当中要让氢元素发生稳定的核聚变,需要上百亿度的高温,这远远超过了当时估计的太阳核心温度。直到1928年,科学家乔治·伽莫夫提出量子隧穿效应,才真正诠释了爱丁顿理论的机制。

量子隧穿效应

恒星内部的高温让原子和核外电子完全分离,成为裸露原子核和电子混合的等离子态,由于强相互作用的作用距离非常短,而原子核又带正电,会因为库仑力相互排斥,所以两个原子核要发生融合是非常难的。

太阳核心的产热效率比人体还低?

按照经典的思维,我们可以给物质加热,从而增大原子核的平均动能,当单个原子核的动能超过一定值后,就可能克服库仑力发生融合,但是这个办法需要的温度非常高,经典物理学计算需要上百亿度才能实现稳定的核聚变。

太阳核心的产热效率比人体还低?

但是有了量子隧穿效应就能大大降低核聚变的最低温度,在量子力学中,微观粒子具有不确定性,甚至能穿过在经典物理学中无法穿过的势垒,即便是小概率事件,但是对于大质量的恒星来说,已经足以引发稳定的核聚变反应。

太阳核心的产热效率比人体还低?

后来科学家还发现了恒星的p-p链反应,然后量子物理学家掐手计算,对于恒星来说,只需要大约1000万度就能实现稳定的核聚变反应,于是太阳的能量来源之谜得到解决,爱丁顿的理论是正确的。

恒星发热效率

在微观世界中,即便太阳核心温度高达1500万度,压力高达上千亿个大气压,实际上在太阳的核聚变反应是非常缓和的,而且只在核心区域内进行,能量释放效率很低,我们可以用人体来对比:

太阳核心的产热效率比人体还低?

(1)太阳质量2*10^30kg;

(2)太阳每秒释放能量3.8*10^26J;

(3)一个65千克的成年人,在20℃的环境中,每秒向环境中释放热量大约是150J;

那么人体1千克物质每秒向环境释放能量为:

150/65=2.3J

太阳1千克物质每秒向太空中释放能量为:

3.8*10^26/2*10^30=0.00019J

也就是说,单位质量的人体向环境中释放热量,居然是恒星的1.2万倍,这绝对出乎很多人的意料。

太阳核心的产热效率比人体还低?

其中的原因也不难解释,无论是恒星还是人体,向外散热的是表面积,对于一个三维物体来说,体积和尺寸的三次方成正比,表面积和尺寸的平方成正比,所以体积的增加速度比表面积快。


对于球形的恒星来说,虽然内部核聚变的速度非常缓慢,但恒星的质量实在太大了,散热表面积的增加速度慢于质量的增加,所以恒星的温度会变得很高。

就像一头大象在冷水中可以戏耍很久也没事,但是一只老鼠落入冷水当中会很快因为失温而死亡,因为老鼠的体积表面积比太低,导致身体热量的利用率也跟着低。

如果按照单位质量,单位时间产生的热量如何计算

现在最新的((宇宙运动循环平衡论))认为太阳是靠核裂变发挥它的能量的,不是靠核聚变发挥能量的。下面是平衡论的论文,供参考。核裂变与核聚变。现代科学界对恒星能产生大量光和热的原因是:恒星上的氢原子在发生核聚变的反应,3H+2H=4He+n+Q.Q=0.6MeV.这个核反应运用到氢弹爆炸,就是一个氚跟一个氘发生核反,生成一个4个氢核的氦原子,还有一个氢核裂变成电子和光子,产生了大量的热量。裂变的电子和光子引发了其它氢核发生核聚变生成了4个氢核的氦原子。这个核反应式,运用到恒星上的核聚变反应,就是5个氢原子中的一个氢原子裂变成电子和光子,产生了大的压力和大量的热量,引发了其中4个氢原子聚变成一个4氢核的氦原子。这就是恒星上发生的核聚变的原理。恒星上发生的核聚变反应,是由氢原子的核裂变反引引发的。可以说明,核裂变和核聚变反应,是一组可逆反应。在高温和高压下,核裂变可以引发核聚变,核聚变又以可以引发核裂变。因此说,恒星的的核聚变反应,首先是由少量的原子发生核裂变引发的。恒星上不仅发生核聚变,同时又在发生核裂变。恒星上辐射的光子,就是恒星上发生核裂变氢原子裂变成光子辐射出来的。恒星上一面发生着核聚变,氢变成氦,一面发生着核裂变,恒星上发出的光和热。是氢原子裂变成光子而产生的,不是氢原子聚变成氦原子而发出的。??据光子的能量转换和能量反转原理,核聚变的反应是高温高压下光子的能量变化发生反转和烟灭,温度会是下降的,也就是吸热的核反应。为什么这样说呢?光子在恒星中的核聚变的吸热反应,就是光子被压缩和纠?在原子之中,压缩和纠?产生的力,是由光子用温度转化而成,因此,在光子的压缩和纠?中会因为光子的温度下降需要大量的热能。也就是说,把光子压在原子之中,需要的是非常高的温度和非常大的压力下,光子间才能发生吸能的核聚变反应。那么,光子为什么在高温高压下能发生吸热的核聚变反应呢?根据光子的运动反转原理,在高温高压下振动运动的光子,运动的波长成一直线。温度和压力再增加,光子的运动波长不能再压缩,温度不能再升高,物极必反,部分光子的波长变化就会发生反转。光子的振运动的温度就会下降方向变化,光子由放热变成了吸热,就引发了吸热的核聚变反应。当原子中有一半的光子的温度变化发生反转,所有的光子就形成一正一反的叠加?绕运动,光子温度变化上升和下降之间相互抵消,也就是温度发生了烟灭,光子的运动波发生了叠加,原子这个光子团的体积会变小。这个光子团的温度会下降。光子团中的光子振动运动就没有了升温效应,也就是不会产生热量。光子团会随周围空间中的温度下降而下降。因此,核聚变反应是个最大的降温反应。光子才能聚变形成氢原子。因此,氢原子是在宇宙中的最高温下再增大压力振动旋转才能形成。同样,氢原子聚变成氦原子,也不可能温度会上升,只能发生少量的降温效应。正因为恒星上能引发降温的核聚变反应,使恒星上的温度和压力才能保持一定的平衡,才能控制恒星上核裂变的反应速度,恒星上才能成为一个自动调控运动平衡的核反应堆。恒星上的核反应才能进行上百亿年。恒星上的核聚变反应是降温反应。因此,在高温高压下才能引发核聚变反应,在恒星发生的核聚变反应,氢原子在高温高压下,形成其它的各种元素,这种说法是正确的。因此,宇宙之中只有旋涡星系中的聚焦点黑洞之中才能不断进行光子的核集变反应。只有这个聚焦点才有这么大的压力和最高的温度,只有压力和温度高于核放热反应时,只有当入射粒子的能量大于阈能时,光子的温度变化才能发生反转,才能引发光子吸热的核聚变反应。光子能量因正负光子的运动方向不同而发生烟灭。其实是它们之间的能量的表现形式发生了变化,光子的温度转化成光子相互这间的束缚力,这就是产生原子对光子的束缚力,才能合成氢原子。当光子在原子中和在电子中的这两种束缚力被冲破的瞬间,原子中的光子一正一反的运动就会被打破,一正一反运动的光子烟灭的能量都会释放出来,所有的光子都会温度升高。束缚力就会反转转化成温度,瞬间就会冲出大量的高热量的短波光子。因此,就会产生巨大的冲击波和高温射线。然后,所有冲出束缚的光子的振动运动波长才会向变长的方向变化,并且这就是吸收和放出的热量是相等的原因。因此,核裂变反应是光子温度上升产生升温的反应,核聚变反应是光子能量发生烟灭的的降温反应,也就是光子温度中和下降的反应。恒星上发生的核聚变反应放出的光和热,不是核聚变产生的,而是氢原子发生核裂变裂变成光子发出的。氢原子发生核聚变聚变成氦原子,少量的光子温度下降,实际是自动控制了恒星上氢原子的核裂变的发生速度。同理,光子生成电子中两个光子的能量会发生烟灭,它的形成也是吸热的,两个相向运动的光子也需要一定的温度才能形成电子。单个的光子从强相互作用力的原子的束缚中冲出来,形成的就是伽马射线或各种其它的宇宙射线。这种光子的振动波就是一直线,这种光子就是温度最高的光子。从强相互作用力的束缚中冲出来光子,就是把发生核聚变反应时烟灭的温度瞬间释放出来,温度就和它产生束缚时的温度一样高,也就是放出的热量和吸收的热量是一样多的原因。核聚变反应就是在宇宙的最高温下把光子聚变成氢原子,氢原子聚变成各种元素的原子。核裂变就是把大原子裂变成小原子和光子。这是一组动态平衡的可逆反应。在恒星上,一面进行着核裂变反应,把氢原子裂变成光子,放出光大量的热。一面进行着核聚变反应,把氢原子聚变成各种元素的原子。这也能解释恒星产生超新星爆发的形成原因了。因为恒星的核反应,它是在恒星的表面进行的。这就是太阳表面温度比内部高的原因。就是引力波的光子在恒星的表面与氢原子发生碰撞,引发了氢原子的核裂变,氢原子裂变成光子,裂变的光子大部从恒星的表面向宇宙空间辐射,一少部分会向恒心的内部辐射,与恒星中表层的氢原子发生碰撞,引发了氢原子发生核聚变反应生成氦原子,核聚变反应是温度下降的反应,这就控制了核裂变反应向恒星中心发展,这就自动控制了恒星上核裂变反应的发生速度。到恒星反应末期,这个控制氢原子裂变的核聚变会发展到聚变成碳氧硅磷铝铁等元素的反应。核聚变是一个温度下降的反应,这些元素因温度下降,会在恒星的表里层形成固体圈,会阻挡氢离子从中心向表层的流动。就会引发氢原子的核裂变从恒星表面移向中心。当恒星的中心开始了核裂变反应,同时恒星的表面同时也在发生氢原子的核裂变反应,就是超新星爆发的开始。在恒星中心发生的核裂变反应,产生大量的光子和热量,这些光子不能辐射出去,就会在恒星的内部与内部的氢原子发生振动碰撞,会引发的核聚变反,的聚变又会引发恒星中心的核裂变。加速了恒星中的核反应的进行速度。加速了恒星中各种元素的形成。当恒星中心的核聚变不能消耗控制氢原子的裂变反应,光子就会从恒星中冲出来,于是就引发生了超新星的爆炸。这就是恒星死亡的结局。爆炸后的恒星就再也不能发生核反应,就形成了不发光的行星和卫星和流星体,还有不同的金属和放射性重金属星体,就是宇宙中金属和重金属的星体。这些放射性的重金属星体,就是宇宙中的脉冲星。金属星体在超低温下就形成了磁星。

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