Bom hydrogen (bom H) là một loại vũ khí hạt nhân có sức tàn phá lớn hơn bom nguyên tử (bom A) rất nhiều lần, dù hiện nay

cả bom hydrogen và bom nguyên tử đều không được sử dụng trong các cuộc chiến tranh. Sở dĩ bom hydrogen có sức tàn phá lớn như vậy là do nó là sự kết hợp của phản ứng phân hạch của $^{235}U$ (giai đoạn 1) để tạo ra môi trường có nhiệt độ rất cao, cung cấp động năng cho các hạt tham gia phản ứng nhiệt hạch (giai đoạn 2) theo phương trình phản ứng:

\[
^{2}_{1}H + ^{3}_{1}H \;\Rightarrow\; ^{4}_{2}He + ^{1}_{0}n + 17{,}6\,\text{MeV}
\]

Giả sử năng lượng tỏa ra từ quá trình phân hạch còn lại sau khi tạo phản ứng nhiệt hạch là $2{,}8\cdot 10^{10}\,\text{J}$ và khối lượng $^{4}_{2}He$ được tạo thành từ một vụ nổ bom hydrogen trong thí nghiệm vũ khí hạt nhân là $200\,\text{g}$ thì sức tàn phá của quả bom này tương đương với khoảng bao nhiêu tấn thuốc nổ TNT? Biết rằng năng lượng tỏa ra khi một tấn thuốc nổ TNT cháy hoàn toàn là $4{,}2\cdot 10^{9}\,\text{J}$; khối lượng nguyên tử bằng số khối của nguyên tử đó tính theo đơn vị amu.

a) ĐÚNG

b) SAI

Lực tác dụng lên pít tông:
\[
\vec F + \vec F_0 + \vec F_{\mathrm{ms}} = m\,\vec a
\]
Chọn chiều dương là chiều chuyển động nên:
\[
F - F_0 - F_{\mathrm{ms}} = m a
\]
\[
F = m a + F_0 + F_{\mathrm{ms}} = m a + p_0 S + F_{\mathrm{ms}}
\]
\[
F = 0{,}2\cdot 5 + 10^5 \cdot 25\cdot 10^{-4} + 20 = 271
\]
Công khí thực hiện khi pít tông đi 5 cm:
\[
A = F\,s\,\cos 0^\circ = 271 \cdot 0{,}05 = 13{,}55\ \mathrm{J}
\]

c) ĐÚNG

Định luật I nhiệt động lực học:
\[
\Delta U = Q - A = 30 - 13{,}55 = 16{,}45\ \mathrm{J}
\]

d) SAI

Khí được nung đều, pít tông luôn chuyển động với gia tốc không đổi và áp suất khí coi như không đổi (xấp xỉ đẳng áp). Khi pít tông tiếp tục đi đến miệng ống xi lanh:

\[
\frac{V_2}{V_1} = \frac{(15+5)}{(15)} = \frac{T_2}{T_1} \Rightarrow \frac{T_2}{T_1} = 1{,}5
\]

Nhiệt độ tăng 1,5 lần (không phải gấp 2 lần).

Ở nhiệt độ t_1, lực F_1 do khí trong bình tác dụng lên pít tông bằng tổng lực đàn hồi F_{đh1} của lò xo và áp lực khí quyển F_{kq}:
\[
F_1 = F_{đh1} + F_{kq} \tag{1}
\]

Ở nhiệt độ t_2, lực F_2 do khí tác dụng lên pít tông bằng tổng lực đàn hồi F_{đh2} của lò xo và áp lực khí quyển F_{kq}:
\[
F_2 = F_{đh2} + F_{kq} \tag{2}
\]

Từ (1) và (2):
\[
F_2 - F_1 = F_{đh2} - F_{đh1} = k\,\ell \quad (*)
\]

Áp dụng phương trình Clapeyron cho trạng thái đầu:
\[
p_1 V = nRT_1 \;\Rightarrow\; p_1 = \frac{nRT_1}{V}
\]
Suy ra
\[
F_1 = p_1 S = \frac{nRT_1}{V}\,S \tag{3}
\]

Cho trạng thái sau:
\[
p_2 V = nRT_2 \;\Rightarrow\; p_2 = \frac{nRT_2}{V}
\]
Suy ra
\[
F_2 = p_2 S = \frac{nRT_2}{V}\,S \tag{4}
\]

Thế (3) và (4) vào (*):
\[
\frac{nRT_2}{V}\,S - \frac{nRT_1}{V}\,S = k\,\ell
\]
\[
T_2 = T_1 + \frac{k\,\ell\,V}{nRS}
\]

Vì n = 2 mol nên
\[
T_2 = T_1 + \frac{k\,\ell\,V}{2RS}
\]
Suy ra theo độ C (độ tăng nhiệt giống nhau trên thang K và ^\circ C):
\[
t_2 = t_1 + \frac{k\,\ell\,V}{2RS}
\]

Thay số: \(k=100\,\mathrm{N/m},\ \ell=8\ \mathrm{cm}=8\times10^{-2}\ \mathrm{m},\ V=9\,\mathrm{l}=9\times10^{-3}\ \mathrm{m^3},\ S=40\,\mathrm{cm^2}=40\times10^{-4}\ \mathrm{m^2},\ R=8{,}31\,\mathrm{J/(mol\,K)}\)
\[
t_2 = 27 + \frac{100\cdot 8\times10^{-2}\cdot 9\times10^{-3}}{2\cdot 8{,}31\cdot 40\times10^{-4}}
\approx 29^\circ\mathrm{C}.
\]