콕콕! 개념 확인하기 잠깐 확인!
1 질량 에너지 등가 원리 2 핵융합 3CNO 순환 반응 4 정역학 평형 5 복사 6 대류
01 ⑴ ⑵ × ⑶ × ⑷ 02 ⑴ 수소 핵융합 반응
⑵ 양성자 A양성자 (p-p) ⑶ 탄소·질소·산소(CNO) 03 ㉠ 복사, ㉡ 대류 04 (가) < (나) 05 ⑴ 철 ⑵ 무거운
219쪽
01~02
수소 핵융합 반응은 주계열성의 에너지원으로, 중심 부의 온도가 1000만 K 이상일 때 수소 원자핵 4개가 융합 하여 1개의 헬륨 원자핵을 만들며, 이 과정에서 줄어든 질 량이 에너지로 전환된다. 별의 질량에 따라 태양 정도의 별에서는 양성자A양성자(p-p) 반응이, 태양 질량의 약 1.5배 가 넘는 별에서는 탄소·질소·산소 순환 반응이 우세하게 일어난다.
04
질량이 태양 정도인 주계열성은 중심부에 복사층, 바깥쪽 에 대류층이 발달한다. 질량이 태양의 약 1.5배가 넘는 별 은 대류핵과 복사층으로 구성되어 있다.개념POOL
01B가 A보다 질량이 크고 온도가 높다.
02 ⑴ 양성자A양성자 반응 ⑵ 탄소A질소A산소 순환 반응 221쪽
01 중력 수축 에너지 02 ⑤ 0318\1016J 04 ④ 05C(탄소), N(질소), O(산소) 06 ④ 07 ③ 08 태양과 질 량이 비슷한 별, 질량이 태양의 약 1.5배 이하 09 ④ 10 ⑤ 11 (나) 12 ⑤
222쪽~223쪽 탄탄! 내신 다지기
01
원시별에서는 기체압보다 중력이 더 크게 작용하여 중력 수축이 일어나고, 이때 위치 에너지가 다른 에너지(열에너지 와 운동 에너지)로 바뀐다.02
| 선택지 분석 |ㄱ. 수소 원자핵 4개가 융합하여 헬륨 원자핵 1개를 생성 한다.
수소 핵융합 반응은 수소 원자핵 4개가 융합하여 헬륨 원자핵 1개를 생성하는 반응이다.
ㄴ. 핵융합 반응에서 감소한 질량이 에너지로 변한다.
핵융합 반응 후에 질량이 줄어드는데, 이 줄어든 질량이 에너 지로 전환된다.
ㄷ. 태양도 이와 같은 반응으로 에너지를 생성한다.
태양도 주계열성이므로 수소 핵융합 과정을 통해 에너지를 생 성한다.
03
질량 에너지 등가 원리에 의해 핵융합을 통해 만들어지는 에너지의 양 E=&mc2이다. 따라서 생성된 에너지의 양 은 2 kg\(3\108m/s)2=18\1016J이다.더 알아보기 수소 핵융합 반응 시 질량 결손 비율
질량 차이 5.02\10—@({kg} He 중성자 양성자 핵에너지 반응 후 헬륨 원자 1개의 질량
6.6954\10—@&{kg}
반응 전
전환된 핵에너지 수소 원자핵 4개의 질량 4\1.6864\10—@&{kg}
=6.7456\10—@&{kg}
융합
E=Dmc@={5.02\10—@(}\{3\10*}@=4.5\10—!@{J}
H H
H H
수소 원자핵 4개가 반응할 때 5.02×10-29kg의 질량 결손이 생긴다. 즉, 수소 핵융합 반응 시에는 약 0.7 %의 질량 결손이 생긴다. 태양의 수소 중 핵융합 반응을 일으키는 양은 중심부 의 약 15 %인데, 현재 태양의 광도를 고려할 때 태양 중심부 의 수소가 모두 헬륨으로 변하는 데 약 100억 년이 걸린다.
04
그림은 양성자A양성자 반응(p-p 반응)으로 태양 정도의 질량을 가진 주계열성에서 우세하게 일어난다. 핵융합 과 정에서 결손된 질량이 에너지로 변환되어 방출된다.05
그림은 탄소A질소A산소 순환 반응(CNO 순환 반응)이다.이 과정에서 탄소, 질소, 산소는 촉매 역할을 하며, 소모된 물질과 최종 산물은 p-p 반응과 동일하다.
06
| 자료 분석 |중심핵 온도(백만 K)
상대적인에너지생성률
5
0 10 15 20 25 30 B
A 10_@
1 10@
10$
중심부 온도가 1000 만~1800만 K일 때 더 효율적으로 일어 나는 반응이다.
중심부 온도가 1800만 K 이상인 별에서 더 효율적 으로 일어나는 반응이다.
| 선택지 분석 |
ㄱ. 태양의 내부에서는 A가 우세하게 일어난다.
A는 별의 질량이 태양과 비슷하거나 질량이 작은 별에서 일어 나는 p-p 반응이다.
ㄴ. B는 p-p 반응이다.
B는 질량이 태양 질량보다 1.5배가 넘는 별에서 일어나는 CNO 순환 반응이다.
ㄷ. A, B 반응 후에 헬륨이 만들어진다.
두 반응 모두 마지막에 헬륨이 만들어진다.
07
태양과 같은 주계열성의 내부는 수축하려는 중력과 팽창 하려는 기체압이 평형을 이루고 있어 별의 크기가 일정하 게 유지된다.08
안쪽에 복사층, 바깥층에 대류층으로 구성되어 있으므로 질량이 태양의 약 1.5배 이하인 주계열성이다.09
(가)는 질량이 태양 정도인 별, (나)는 질량이 태양의 약 1.5배보다 큰 별의 에너지 전달 방식이다.| 선택지 분석 | ㄱ. 질량
(나)의 내부에 대류가 일어나는 것으로 보아 질량은 (나)가 (가) 보다 크다.
ㄴ. 표면 온도
질량이 큰 주계열성일수록 표면 온도가 높다.
ㄷ. 반지름
질량이 큰 주계열성일수록 반지름도 크다.
III ㄹ. 별의 수명
질량이 큰 주계열성일수록 진화 속도가 빨라 수명이 짧다.
10
별의 중심에서 핵융합으로 만들어질 수 있는 원소는 철보 다 원자량이 작은 원소들이다.더 알아보기 핵융합 반응이 일어나는 순서
반응 원소 생성 원소 온도
수소 헬륨
높다
헬륨 탄소, 산소
탄소 산소, 네온, 마그네슘
네온 마그네슘
산소 규소, 황
규소 철
11
질량이 충분히 큰 별은 적색 거성 단계를 지나 여러 단계 의 핵반응을 거쳐 마지막에는 중심부에 철로 된 핵이 생성 된다.더 알아보기 핵융합의 종착점
핵융합의 경우 철보다 무거운 원자핵이 만들어지면 불안정해 지고, 핵분열의 경우 철보다 가벼운 원자핵이 만들어지면 불안 정해지므로, 두 핵반응의 종착점에 만들어지는 원소는 모두 철 이다.
12
| 선택지 분석 |ㄱ. (나)는 (가)보다 별의 질량이 크다.
태양 질량의 10배 이상인 별은 내부의 온도가 높아 철을 생성 하는 핵융합 반응이 일어난다. (나)의 별의 내부에 철까지 생성되 었으므로, 별의 질량은 (나)가 (가)보다 크다.
ㄴ. (나)는 (가)보다 별의 중심 온도가 더 높다.
(나)의 별에서 철이 생성된 것으로 보아 내부의 온도가 (가) 보다 높다.
ㄷ. 초신성 폭발을 일으키는 별은 (나)이다.
철이 생성된 질량이 큰 별에서 초신성 폭발을 일으킨다.
01 ① 02 ⑤ 03 ① 04 ② 05 ③ 06 ①
07 | 모범 답안 | (가)는 질량이 태양 정도인 별의 내부 구조이 고, (나)는 태양 질량의 약 1.5배 이상인 별의 내부 구조이다.
질량이 클수록 중심 온도가 높으므로, 질량이 작은 (가)가 (나)보다 중심 온도가 낮고, 진화 속도가 느리다.
08 (가) 양성자 A양성자 반응 (나) 탄소 A질소 A산소 순환 반응 09 | 모범 답안 | 철(Fe), 철보다 원자량이 큰 물질은 초신성 폭발 시 방출되는 에너지에 의해 생성된다.
224쪽~225쪽 도전! 실력 올리기
01
| 선택지 분석 |ㄱ. (가)와 (나)에서는 수소 핵융합 반응이 일어난다.
주계열성은 수소 핵융합 반응을 통해 에너지를 생성한다.
ㄴ. (다)의 에너지원은 중력 수축 에너지이다.
(가)~(다) 모두 주계열성이므로 수소 핵융합 반응을 한다. 중력 수축 에너지는 아직 주계열에 도달하지 못한 원시별의 에너지원 이다.
ㄷ. (가)~(다) 중 (다)에서 CNO 순환 반응이 가장 활발 하다.
CNO 순환 반응은 질량이 큰 별에서 주로 일어난다. 따라서 왼쪽 위에 있는 (가)에서 가장 활발하다.
02
| 선택지 분석 |ㄱ. 탄소, 질소, 산소는 촉매의 역할을 한다.
그림은 수소 핵융합 반응 중 CNO 순환 반응을 나타낸 것으 로, 별의 질량이 태양의 약 1.5배 이상인 별에서 우세하게 일어나 는 반응이다.
ㄴ. 이 별은 정역학적 평형 상태를 유지하고 있다.
수소 핵융합 반응이 일어나고 있는 별은 주계열 단계에 있는 별이므로 정역학 평형 상태를 유지하는 별이다.
ㄷ. 이 별의 중심부에서는 대류의 형태로 에너지가 전달 된다.
질량이 큰 별의 중심부는 대류의 형태로 에너지가 전달되고, 표면에서는 복사의 형태로 에너지가 전달된다.
03
| 선택지 분석 |ㄱ. (가)의 질량은 (나)보다 작다.
(가)는 질량이 태양 정도인 별의 내부이고, (나)는 질량이 태양 의 약 1.5배 이상인 별의 내부이다.
ㄴ. (가)의 중심핵에서는 탄소가 촉매 역할을 하는 반응이 우세하다.
질량이 태양 정도인 별에서는 양성자A양성자 반응이 우세하다.
ㄷ. (나)의 중심핵에서는 양성자A양성자 반응이 우세하다.
질량이 태양의 약 1.5배 이상인 별에서는 탄소A질소A산소 순 환 반응이 우세하다.
04
| 선택지 분석 |ㄱ. 광도와 표면 온도 모두 증가한다.
주계열성에서 거성으로 진화할 때 반지름이 증가하므로 별의 광도는 증가하고 표면 온도는 약간 감소한다.
ㄴ. 거성에서 초거성으로 진화하는 단계이다.
중심부는 수축하고 수소각 연소가 이루어지고 있으며, 외층은 팽창하고 있는 것으로 보아 주계열성에서 거성으로 진화하는 단 계임을 알 수 있다.
ㄷ. 헬륨의 중력 수축 에너지가 바깥쪽의 수소를 융합시 킨다.
중심부의 헬륨이 중력 수축을 하면서 발생한 에너지가 바깥쪽 의 수소에 공급되어 수소각 연소가 이루어진다.
05
| 선택지 분석 |ㄱ. (가)는 거성의 내부 구조를 나타낸 것이다.
(가)는 중심부에 헬륨 핵이 있으므로 거성의 내부 구조이다.
ㄴ. (나)는 (다)보다 질량이 작다.
(나)는 질량이 태양 정도인 주계열성의 내부 구조이고, (다)는 태양 질량의 약 1.5배 이상인 주계열성의 내부 구조이다.
ㄷ. (다)는 중심핵의 수소핵 융합 반응이 끝난 별의 내부 구조이다.
주계열을 이탈한 별의 내부 구조는 거성의 내부 구조인 (가) 이다.
06
| 선택지 분석 |ㄱ. 질량은 (가)가 (나)보다 작다.
헬륨 핵융합 반응을 거쳐 탄소 핵이 생성된 (가)보다 여러 가지 핵융합 반응을 거쳐 철(Fe)로 이루어진 중심핵이 생성된 (나)가 질량이 더 크다.
ㄴ. 중심 온도 및 압력은 (가)가 (나)보다 높다.
질량이 큰 별일수록 중심핵에서의 압력과 온도가 더 높아서 무 거운 원소의 핵융합 반응이 일어나게 된다.
ㄷ. (가)는 주계열성, (나)는 적색 거성의 내부 구조이다.
(가)와 같이 헬륨 핵융합 반응을 통해 탄소 핵이 만들어진 별은 적색 거성 단계의 내부 구조이고, (나)와 같이 여러 가지 원소들이 층을 이루고, 가장 중심에 철(Fe)의 핵이 나타나는 별은 초거성 단계의 내부 구조이다.
07
(가)는 질량이 태양 정도인 별의 내부 구조이고, (나)는 태 양 질량의 약 1.5배 이상인 별의 내부 구조이다. 질량이 클 수록 중심 온도가 높으므로, 질량이 작은 (가)가 (나)보다 중심부의 온도가 낮고, 진화 속도가 느리다.채점 기준 배점
질량, 중심 온도, 진화 속도를 모두 비교하여 서술한 경우 100 % 질량, 중심 온도, 진화 속도 중 하나만 비교하여 서술한 경우 50 %
08
핵융합 반응 중 탄소A질소A산소 순환 반응은 중심부의 온 도가 높은 (나)에서 우세하게 일어난다.09
별의 중심부에서 핵융합 반응으로 만들어질 수 있는 원소 중 원자량이 가장 큰 원소는 철(Fe)이고, 철보다 원자량이 큰 물질은 초신성 폭발 시 방출되는 에너지에 의해 생성 된다.채점 기준 배점
원소의 명칭을 적고, 초신성 폭발을 언급하여 물질 생성 과정을
옳게 서술한 경우 100 %
원소의 명칭만 옳게 쓴 경우 50 %