④
가벼운 수소 원자핵 4개가 합쳐져 헬륨 원자핵 1개가 되므로 핵융합(ㄱ 틀림), 감소한 질량이 에너지로 전환(ㄴ 옳음), 이 태양 에너지가 지구 대기 순환을 일으킴(ㄷ 옳음) → 정답 ④.
핵심 개념
태양 중심부에서는 수소 원자핵 4개가 헬륨 원자핵 1개로 바뀌는 수소 핵융합 반응이 일어나며, 이때 줄어든 질량이 에너지로 전환된다.
단서 따라가기
수소 원자핵 4개 → 헬륨 원자핵 1개가벼운 원자핵 여러 개가 합쳐져 더 무거운 원자핵 하나가 되는 반응은 핵융합 반응이다(핵분열은 무거운 원자핵이 쪼개지는 반응) 보기 ㄱ (틀림 — 핵융합)
반응 결과 '에너지'가 방출됨반응 후 원자핵의 질량 합이 반응 전보다 작고, 이 질량 결손이 질량-에너지 등가 관계(E = mc²)에 따라 에너지로 전환된다 보기 ㄴ (옳음)
태양에서 만들어진 에너지태양 에너지가 지구에 도달해 위도별 에너지 불균형을 만들고, 이것이 대기와 해수의 순환을 일으킨다 보기 ㄷ (옳음)
정답 근거
보기 ㄴ: 수소 원자핵 4개가 헬륨 원자핵 1개로 되는 과정에서 질량이 감소하고, 감소한 질량이 에너지로 전환되어 방출된다. 보기 ㄷ: 태양에서 수소 핵융합 반응으로 발생한 에너지 중 일부가 지구에 도달해 에너지 흐름을 일으켜 대기 순환을 일으킨다. 따라서 옳은 것은 ㄴ, ㄷ이고 정답은 ④이다. (ㄱ은 이 반응이 핵분열이 아니라 핵융합 반응이므로 틀리다.)
선지별로 왜 틀렸나
①
함정 '원자핵'이 바뀌며 에너지가 나오는 반응이라는 점만 보고, 원자력 발전에서 배운 핵분열과 같은 반응이라고 생각하기 쉽다.
ㄱ은 가벼운 수소 원자핵이 합쳐지는 핵융합 반응이므로 틀리고, 옳은 ㄴ과 ㄷ이 빠졌다.
②
함정 태양 에너지는 태양 내부에서만 쓰인다고 여겨, 지구의 대기 순환과는 관계가 없다고 판단해 ㄷ을 빼기 쉽다.
ㄴ은 옳지만, 태양 에너지가 지구 대기 순환을 일으키므로 옳은 ㄷ이 빠졌다.
③
함정 핵반응 그림을 핵분열로 착각하면서, 질량이 에너지로 바뀐다는 것은 반응물이 '없어지는' 것이라 어색하다고 여겨 ㄴ을 빼기 쉽다.
ㄷ은 옳지만, ㄱ은 핵융합 반응이므로 틀리고, 옳은 ㄴ이 빠졌다.
⑤
함정 ㄴ, ㄷ이 옳다는 것을 확인한 뒤 원자핵 수가 바뀌는 반응이면 모두 핵분열이라고 뭉뚱그려 ㄱ까지 고르기 쉽다.
ㄴ, ㄷ은 옳지만, ㄱ은 수소 원자핵 4개가 헬륨 원자핵 1개로 합쳐지는 핵융합이므로 틀리다.
이 문항이 묻는 능력
모식도의 반응 전후 원자핵 변화로 핵반응의 종류를 판별하고, 질량 결손과 에너지 전환, 태양 에너지가 지구 시스템에 미치는 영향을 연결하는 능력
다음에 비슷한 문제를 만나면
반응 전후 원자핵의 종류와 개수 확인(가벼운 핵이 합쳐지면 핵융합, 무거운 핵이 쪼개지면 핵분열) → 에너지의 출처가 질량 결손임을 적용 → 태양 에너지가 지구에서 일으키는 현상(대기·해수 순환, 물의 순환, 광합성)과 연결
다음 문항 · 11번
그림은 태양 전지판에서의 에너지 전환을, 표는 태양 전지판 A와 B의 에너지 전환 과정에서 각각 공급받은 빛…
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관련 개념
태양의 수소 핵융합태양의 수소 핵융합은 태양 중심부의 매우 높은 온도와 압력에서 수소 원자핵 4개가 융합하여 헬륨 원자핵 1개가 만들어지는 반응이다. 이 과정에서 줄어든 질량이 에너지로 바뀌며, 이것이 태양 에너지의 근원이다.
에너지 전환에너지 전환은 에너지가 한 형태에서 다른 형태로 바뀌는 것이다. 태양 에너지는 지구에서 광합성을 통해 화학 에너지로, 대기와 물의 순환을 통해 바람의 운동 에너지와 물의 위치 에너지 등으로 전환되며, 발전소와 전기 기구에서도 다양한 에너지 전환이 일어난다.
수소 핵융합 반응 질량 결손 질량-에너지 등가 태양 에너지 대기 순환