Uitleg bij deze presentatie Witte slides geven het begin van een sectie aan en zijn verborgen in de presentatie Laat de overige slides zien of verberg ze afhankelijk van welk niveau gewenst is Ruwe aanduiding van de niveaus ID: 791961
Download The PPT/PDF document "Ster in een doos De levenscyclus van ste..." is the property of its rightful owner. Permission is granted to download and print the materials on this web site for personal, non-commercial use only, and to display it on your personal computer provided you do not modify the materials and that you retain all copyright notices contained in the materials. By downloading content from our website, you accept the terms of this agreement.
Slide1
Ster in een doos
De levenscyclus van sterren verkennen
Slide2Uitleg bij deze presentatie
Witte slides geven het begin van een sectie aan en zijn verborgen in de presentatie. Laat de overige slides zien of verberg ze, afhankelijk van welk niveau gewenst is.
Ruwe aanduiding van de niveaus:
Beginner: 11-14 jaar (onderbouw middelbare school)
Gemiddeld: 14-16 jaar (middelbare school)
Gevorderd: 16-19 jaar (bovenbouw middelbare school)
Slide3Introductie
Basisbegrippen van wat sterren zijn en hoe we ze waarnemen.
Niveau: Beginner +
Slide4Wat is een ster?
Een bol van gas, voornamelijk waterstof en helium.
De kern is zo heet en dicht dat er kernfusie kan plaatsvinden.
Bij de fusie worden lichtere elementen in zwaardere omgezet.
Slide5Elke ster is anders
Alle sterren aan de nachtelijke hemel zijn verschillend
Helderheid:
Geeft ons een idee hoe groot de lichtkracht van een ster is, d.w.z. hoeveel energie in de kern wordt opgewekt
Kleur:
Geeft ons de oppervlaktetemperatuur van de ster
Slide6Eenheden van lichtkracht
We meten de lichtkracht van alledaagse voorwerpen in watts
Hoe helder is een gloeilamp?
Ter vergelijking, de lichtkracht van de zon is:
380,000,000,000,000,000,000,000,000 Watts
(380 miljoen miljoen miljoen miljoen!)
Dat is gemakkelijker te schrijven als 3.8 x 10
26
watt
Om het gemakkelijker te maken geven we de helderheid van sterren aan in vergelijking met de zon
Slide7Eenheden van temperatuur
Temperatuur wordt gemeten in kelvin
De temperatuurschaal van kelvin is hetzelfde als die van Celsius, maar begint bij -273
o
C
Deze temperatuur is het “absolute nulpunt”
-273
o
C
-173
o
C
0
o
C
100
o
C
0 K
100 K
273 K
373 K
1000
o
C
1273 K
Kelvin = Celsius + 273
Slide8De temperatuur meten
De temperatuur van een ster meten we aan de hand van haar kleur
Blauwe sterren zijn heet en rode sterren zijn koel
Rode ster
3.000 K
Gele ster
5.000 K
Blauwe ster
10.000 K
Slide9Zwartelichaamsstraling
Meer details over de kleur en temperatuur van een ster, aan de hand van zwartelichaamsstraling.
Niveau: Gevorderd +
Slide10Zwartelichaamsstraling
Een “zwart lichaam” absorbeert al het licht dat erop valt
De hoeveelheid licht die het bij elke golflengte uitzendt, hangt van de temperatuur af
Slide11Slide12Verschuivingswet van Wien
De maximale intensiteit van het licht is gerelateerd aan de temperatuur:
Temperatuur (K) = constant van Wien (K m) / piekgolflengte (m)
T =
b
λ
max
(b = 0.002898 m.K)
Slide13Hoe heet is de zon
Deze grafiek laat de straling van de zon zien
Hoe heet is de zon?
Slide14Hertzsprung-Russelldiagram
Een introductie in het HR-diagram, waarop diverse sterren worden geplaatst – probeer de leerlingen te laten raden waar ze denken dat de sterren terecht komen, voordat ze geplaatst worden.
Niveau: Beginner +
Slide15Het Hertzsprung-Russelldiagram
We kunnen sterren vergelijken door in een diagram hun lichtkracht en temperatuur te plaatsen
Slide16Lichtkracht (t.o.v. de zon)
1
100
10.000
0,01
0,0001
Temperatuur (kelvin)
25.000
10.000
7.000
5.000
3.000
We beginnen met het plaatsen van de assen:
Lichtkracht op de verticale as (gemeten ten opzichte van de zon) Temperatuur op de horizontale as (gemeten in kelvin)
Waar zou je de zon in dit diagram plaatsen?
Ze heeft een lichtkracht van 1 t.o.v. zichzelf en haar temperatuur is 5800 K
De sterren Vega en Sirius zijn helderder en heter dan de zon. Waar zou je ze plaatsen?
Sommige sterren zijn veel koeler en minder helder, zoals de ster die het dichtst bij de zon is, Proxima Centauri. Waar zou je deze sterren plaatsen?
Deze sterren noemen we rode dwergen.
Zon
Sirius
Vega
Proxima Centauri
Het blijkt dat in dit diagram de meeste sterren ergens langs deze lijn vallen.
Dit noemen we de “Hoofdreeks"
Hoofdreeks
Slide17Lichtkracht (t.o.v. de zon)
1
100
10.000
0,01
0,0001
Temperatuur (kelvin)
25.000
10.000
7.000
5.000
3.000
Zon
Sirius
Vega
Proxima Centauri
Hoofdreeks
Rigel
Betelgeuze
Deneb
Arcturus
Aldebaran
Sirius B
Maar niet alle sterren liggen op de hoofdreeks. Sommige, zoals Arcturus en Aldebaran, zijn veel helderder dan de zon, maar koeler. Waar liggen die in de figuur?
Dit zijn de oranje reuzen.
De ster Betelgeuze is nog helderder dan Aldebaran, maar heeft een kouder oppervlak.
Dat maakt haar tot een rode superreus.
Nog helderder dan Betelgeuze zijn sterren als Deneb en Rigel, die veel heter zijn.
Dat zijn dan blauwe superreuzen.
Sommige van de heetste sterren blijken veel minder helder te zijn dan de zon. In welke hoek horen die?
Dit zijn de witte dwergen, zoals Sirius B, die rond Sirius draait.
Slide18Lichtkracht (t.o.v. de zon)
1
100
10.000
0,01
0,0001
Temperatuur (kelvin)
25.000
10.000
7.000
5.000
3.000
Hoofdreeks
Reuzen
Superreuzen
Witte dwergen
Bijna alle sterren die we zien, zitten in een van de groepen, maar daar blijven ze niet.
Tijdens hun evolutie veranderen de lichtkracht en temperatuur.
Hierdoor bewegen ze door het Hertzprung-Russelldiagram.
Zon
Sirius
Vega
Proxima Centauri
Betelgeuse
Arcturus
Rigel
Deneb
Sirius B
Slide19Lichtkracht (t.o.v. de zon)
1
100
10.000
0,01
0,0001
Temperatuur (kelvin)
25.000
10.000
7.000
5.000
3.000
Zon
De zon bevindt zich al miljarden jaren op de hoofdreeks en zal daar ook nog miljarden jaren blijven.
Maar uiteindelijk zal ze opzwellen tot een reuzenster, helderder maar ook koeler.
Slide20Lichtkracht (t.o.v. de zon)
1
100
10.000
0,01
0,0001
Temperatuur (kelvin)
25.000
10.000
7.000
5.000
3.000
Zon
Op dit punt is ze een rode reus.
Ze wordt dan nog heter en een beetje helderder, even is ze een blauwe reus.
Slide21Lichtkracht (t.o.v. de zon)
1
100
10.000
0,01
0,0001
Temperatuur (kelvin)
25.000
10.000
7.000
5.000
3.000
Zon
Uiteindelijk houdt kernfusie in de kern op.
De zon wordt dan een witte dwerg, veel minder helder, maar met een hogere oppervlaktetemperatuur.
Slide22Ster in een doos
Dit is een goed moment om de ster in een doos te openen, om het Hertzsprung-Russelldiagram voor verschillende massa’s te bekijken.
Niveau: Beginner +
Slide23Kernfusie
De processen die zich afspelen in het binnenste van een ster.
Niveau: Gemiddeld +
Slide24Kernfusie
De lichtkracht van een ster wordt geleverd door kernfusie in het binnenste van de ster
De temperatuur en dichtheid zijn hoog genoeg om kernfusie te laten plaatsvinden.
Sterren bestaan voornamelijk uit waterstof, met kleine hoeveelheden helium.
Ze zijn zo heet dat de elektronen van de atoomkernen gescheiden zijn.
Het geïoniseerde gas noemen we een plasma.
Slide25De proton-protoncyclus
Bij temperaturen boven de 4 miljoen kelvin fuseert waterstof tot helium
Slide26De koolstof-stikstofcyclus
Bij temperaturen boven de 17 miljoen kelvin kan de ster koolstof, stikstof en zuurstof gebruiken om waterstof in helium om te zetten.
Slide27Als er geen waterstof meer is
De ster wordt netjes in balans gehouden tussen de zwaartekracht naar binnen en de straling die naar buiten duwt.
Als de waterstof op raakt, dan komt er minder energie vrij en zorgt de zwaartekracht ervoor dat de kern van de ster krimpt.
Als de ster zwaar genoeg is, stijgt de temperatuur in de kern voldoende om helium te laten fuseren.
Slide28Heliumverbranding
Bij temperaturen boven de 100 miljoen kelvin kan helium tot koolstof fuseren. Deze reactie wordt het “triple-alfaproces” genoemd.
Slide29Zwaardere elementen
Helium fuseert met koolstof om zwaardere elementen te vormen:
zuurstof, neon, magnesium, silicium, zwavel, argon, calcium, titanium, chroom en ijzer
Het is onmogelijk om elementen zwaarder dan ijzer te maken door middel van kernfusie zonder energie toe te voegen.
Slide30Als er geen helium meer is
Uiteindelijk raakt ook de helium op en krimpt de kern van de ster weer.
Als de ster zwaar genoeg is, kan de temperatuur hoog genoeg worden voor de fusie van koolstof.
De cyclus herhaalt zich, met de fusie van steeds zwaardere elementen, totdat de tempeatuur in de kern niet verder kan oplopen.
Op dat moment gaat de ster dood.
Slide31Zwaardere elementen verbranden
Zwaardere elementen ondergaan fusie bij nog hogere temperaturen in de kern
Koolstof: 500 miljoen kelvin
Neon: 1,2 miljard kelvin
Zuurstof: 1,5 miljard kelvin
Silicium: 3 miljard kelvin
Slide32De efficiëntie van kernfusie
Niveau: Gevorderd
Slide33Waterstoffusie
De proton-protoncyclus zet zes waterstofkernen om in een heliumkern, twee protonen en twee positronen (anti-elektronen).
De eergie die per reactie vrijkomt is erg klein en wordt uitgedrukt in “megaelektronvolt” of MeV.
1 MeV = 1,6 x 10
-13
joule
Bij elke fusiereactie in de proton-protoncyclus komt 26,73 MeV aan energie vrij.
Slide34Atomaire massa’s
De massa die uit de reactie komt, is kleiner dan de massa die erin gaat, dus bij elke reactie raakt de ster een beetje massa kwijt.
Net als de energieën zijn ook de massa’s heel erg klein, gemeten in “atomaire massa-eenheid” of u
1 u = 1,661 x 10
-27
kg
Slide35Massaverlies
Massa van een proton (p): 1,007276 u
Massa van een positron (e
+
): 0,000549 u
Massa van een heliumkern (He): 4,001505 u
Hoeveel massa raakt er in elke reactie verloren?
0,026501 u = 4,4018 x 10
-29
kg
Slide36Heliumverbranding
Bij heliumverbranding komt bij elke reactie 7,275 MeV vrij
Koolstof-12
Een koolstof-12-kern heeft een massa van precise 12 u. Hoeveel massa raakt er verloren bij een reactie in het triple-alfaproces?
0,004515 u = 7,499415 x 10
-30
kg