Почему звезды светятся и откуда берется их энергия?
За счет чего Солнце получает энергию для горения и насколько её хватит?
Где звезды берут энергию и чем “питается” Солнце?
За счет чего звезды расходуют такие чудовищные количества энергии? Чем “питается” само Солнце? Не смотря на гигантские размеры звезд, их энергия должна пополняться, ибо «вечного двигателя» в природе не существует.
Какой мощи должна быть эта энергия, что её хватает на миллиарды лет? Хороший вопрос, учитывая, что подсчитано: если бы Солнце состояло из лучшего угля, то, получай оно для этого в достаточном количестве кислород, полностью сгорело бы примерно за 1500 лет.
Некогда существовало мнение, что энергия Солнца поддерживается падением на него метеоритов. Их энергия превращается при падении в теплоту, поддерживающую излучение Солнца. Такой способ питания помог бы Солнцу не больше, чем нам, если бы мы вздумали вскипятить бочку воды, ставя на ее крышку горячие утюги.
Кроме того, метеоритов должно было бы сыпаться на Солнце невероятно много, и они так быстро увеличивали бы массу Солнца, что это было бы заметно.
Может быть, тогда, энергия Солнца пополняется за счет его сжатия, то есть постоянного уменьшения в размерах? Звучит логично, ведь при сжатии, энергия тяготения к центру переходила бы в энергию тепловую. Но и эта теория разбилась о математику.
Было вычислено, что даже если бы Солнце было некогда бесконечно большим, чем сейчас, то и в этом случае его сжатия до современного размера хватило бы на поддержание энергии всего лишь в течение 20 миллионов лет. Между тем доказано, что земная кора существует и освещается Солнцем гораздо дольше – как минимум 4,5 миллиарда лет. Сжатие может иметь и наверное имеет место, но не оно служит главным источником солнечной энергии.
Наше Солнце – громадный ядерный реактор и его топлива хватит ещё на 10 миллиардов лет
Тогда, возможно, недра звезд состоят из радиоактивных элементов, таких, как торий, уран и радий? Распадаясь, эти элементы выделяют теплоту.
Но, если бы Солнце целиком состояло из радия, то оно излучало бы… больше энергии, чем действительное Солнце! Тем более, что при большой начальной расточительности, неизбежной при радиоактивном распаде, интенсивность его излучения спадала бы слишком быстро. Радий не мог бы поддерживать наше Солнце так долго, как это необходимо. Допустить же существование тяжелых, сверх-радиоактивных элементов (неизвестных на Земле), да еще сгустившихся в недрах Солнца, современная физика и теория внутреннего строения звезд не позволяют.
Вас может заинтересовать
Ответ на этот вопрос дала людям ядерная физика.
Ядерные реакции в недрах звезд
Как известно, большую часть любой звезды составляет водород, а как известно из школьного курса химии, этот газ очень хорошо горит. Правда “звездное горение” водорода отличается от привычного нам, ведь кислорода там очень мало.
Горение — это химический процесс, то есть перетасовка атомов между молекулами. Но энергии химических реакций недостаточно для поддержания солнечного тепла. С другой стороны, при чудовищном жаре в недрах звезд существование молекул невозможно, они там распадаются. Там возможны только перетасовки тех составных частей, из которых образованы сложные системы, называемые ядрами атомов.
При температурах в миллионы градусов происходит распад не только атомов, но и их ядер и перетасовка продуктов распада, отчего образуются новые химические атомы с иными химическими свойствами. Такие перетасовки называются ядерными реакциями.
Физика ядерных реакций установила, что источником энергии в звездах, в том числе и в Солнце, является непрерывное образование атомов гелия за счет атомов водорода.
Известно, что атом гелия весит приблизительно в четыре раза больше, чем атом водорода. Однако мы не получим атом гелия, сложив попросту четыре атома водорода. Прежде чем материал четырех водородных атомов создаст атом гелия, должен произойти целый ряд чудесных превращений, напоминающих сказочные превращения оборотней, и непременными помощниками и толкачами в этих превращениях оказываются атомы углерода.
Но такие превращения не проходят безнаказанно: при этом выделяется и теряется энергия, а она имеет массу. Оттого-то масса атома гелия получается несколько меньше массы четырех атомов водорода. Так работает фабрика гелия в недрах гигантских звезд.
Как бы не были велики запасы солнечного водорода, они все-таки не бесконечны. Тревожиться на этот счет не стоит – при современной мощности излучения Солнцу хватит “топливо” ещё минимум на 10 миллиардов лет (при том, что само Солнце появилось примерно 5 миллиардов лет назад).
Что же происходит когда звезда начинает “стареть” и “выгорать”? Водород превращается в гелий, а гелий, вероятно, превращается в более тяжелые элементы; следовательно, химический состав Вселенной подвержен непрерывному изменению. Отсюда напрашивается и вывод – на заре зарождения нашей Вселенной, большая её часть состояла из водорода.
С течением времени доля тяжелых элементов по отношению к водороду увеличивается. Часть звездного вещества, обогащенная тяжелыми элементами, возвращается обратно в межзвездную газовую среду, может быть, в форме протуберанцев или более грандиозных взрывов, и поэтому сам межзвездный газ обогащается тяжелыми элементами. Однако даже в настоящее время атомов водорода в 2000 раз больше, чем атомов тяжелых элементов.
Это, как минимум, свидетельствует о том, что наша Вселенная ещё сравнительно молода и до её “старости” осталось не так уж мало времени.
Источник
Тест №7. ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ
Выберите один вариант ответа
1.Источники космического радиоизлучения с очень большой стабильностью периода – это:
Г) белые карлики
2. Сверхмощные источники энергии во Вселенной с признаками явной нестабильности – это:
Г) белые карлики
3. Наша галактика относится к типу галактик:
4. В состав нашей Галактики не входят:
А) звезды Б) планеты
В) пульсары Г) кометы
5. Энергия Солнца поддерживается за счет:
Б) ядерного излучения
В) термоядерного синтеза
Г) распада радиоактивных элементов
6. Одна астрономическая единица – это расстояние:
А) от Земли до Луны
Б) от Земли до Солнца
В) от Солнца до Плутона
Г) от Солнца до центра Галактики
7. Как определяют возраст звезд:
А) радиоактивными методами
Б) по скорости расходования запасов энергии
В) по изучению окаменелостей
Г) по интенсивности излучения
8. Наиболее вероятный возраст Земли:
А) десятки миллионов лет
В) десятки тысяч лет
Г) сотни миллионов лет
9. Какая из сфер отсутствует у Земли:
10. Какие звезды превращаются в черные дыры:
В) больше Солнца в три раза
Г) меньше Солнца
11. Какие элементы образуются в недрах красных гигантов:
Б) только легкие
В) все до железа
Г) все после железа
12. От какого параметра зависит цвет звезды:
В) от светимости
Г) от температуры
13. Чем подтверждается расширение Вселенной:
А) красным смещением спектров галактик
Б) реликтовым излучением
В) однородностью и изотропностью Метагалактики
Г) термодинамическим парадоксом
14. Какой элемент наиболее распространен во Вселенной:
15. Наиболее распространен в земной коре:
Эволюция Вселенной
А) происходила в лептонную и адронную эры
Б) началась с Большого взрыва и продолжается сейчас
В) привела к образованию неэволюционирующих объектов
Г) стремится к состоянию термодинамического равновесия
Современная теория эволюции Вселенной
А) основана на реальных практических и теоретических фактах
Б) основана на принципе относительности Галилея
Г) подтверждает вывод Эйнштейна о стационарности Вселенной
18. К какой модели близка наша Вселенная:
19. Сингулярность – это:
А) теория об одиночестве человека во Вселенной
Б) начальное состояние Вселенной
В) информация о состоянии объекта
Г) разрушение пространственно-временного континуума
20. Большая часть вещества видимой части Вселенной заключена в:
Тест №8. ХИМИЧЕСКАЯ
КАРТИНА МИРА
Выберите один правильный ответ
1. Определите правильное утверждение:
а) электроны содержатся в ядрах атомов
б) атомный номер химического элемента равен числу протонов в ядре
в) атомный номер элемента равен числу валентных электронов
г) масса нейтрона практически совпадает с массой протона
2. Ядра тяжелых химических элементов могут образовываться главным образом:
а) в белых карликах
б) в любых звездах
в) в сверхновых звездах
г) в нейтронных звездах
Какое утверждение относительно взаимодействия между молекулами является верным?
а) межмолекулярное взаимодействие имеет гравитационную природу
б) на любом расстоянии между молекулами существует притяжение, обусловленное электромагнитным взаимодействием
в) на малых расстояниях молекулы отталкиваются, на далеких расстояниях — притягиваются
г) в целом молекулы являются электронейтральными, поэтому взаимодействие между ними на некотором расстоянии отсутствует
4. Самый распространенный химический элемент во Вселенной:
а) гелий б) водород
в) тяжелый водород г) углерод
5. Наивысшей лабильностью среди органогенов обладает:
а) сера б) водород г) азот г) углерод д) кислород е) фосфор
6. Изотопами являются те атомы, которые имеют:
а) одинаковые атомные веса, но различные атомные номера
б) одинаковые атомные номера, но различные атомные веса
в) одинаковое число протонов, но различное число электронов
г) одинаковое число нейтронов, но разное протонов
7. Главные органогены по физико-химическим проявлениям это:
Источник
Энергия Солнца поддерживается за счет: а) бета-распада; б) ядерного излучения;
в) термоядерного синтеза;
г) распада радиоактивных элементов.
Ответы
Энергия Солнца поддерживается за счет:
Понимая необходимость компромисса, английская администрация разрешила создать общеиндийскую политическую организацию. В 1885 г. был основан Индийский национальный конгресс (ИНК). Вначале его лидеры выдвигали умеренные требования: национального равноправия англичан и индийцев, демократизации страны путём создания всенародно избранного парламента, самоуправления. Однако в Конгрессе имелись и более радикальные течения, представители которых обвиняли англичан в экономическом ограблении страны и доведении народа до полного обнищания. Так в ИНК формируются два политических течения: «умеренные» и «крайние».
Требования крайних: рассматривали лозунги как призыв к борьбе за национальную независимость Индии.
Требования умеренных: «Умеренные» утверждали, что самоуправление может быть достигнуто лишь постепенно, в сотрудничестве с английскими властями
Источник
Энергия Солнца за счет термоядерных реакций
Термоядерная реакция происходит когда из более лёгких элементов образуются тяжелые. Это явление может произойти только при высоком давлении и температуре как на Солнце.
Много было гипотез появления энергии от солнца начиная от бомбардировки метеоритами, сжатия элементов до распада тяжелых элементов как при ядерном делении.
Самая верная оказалась гипотеза высказанная в 1935 году американским астрофизиком Ханс Альбрехт Бете: источником солнечной энергии может быть термоядерные реакции на Солнце превращения водорода в гелий. За это Бете получил Нобелевскую премию в 1967 году.
Солнце – совершенный термоядерный реактор
В последнее время ученые всего мира пытаются получить термоядерную энергию, которая будет в производстве более эффективна, чем ядерная реакция. Такой термоядерный реактор мог бы соединять легкие ядра в более тяжелые, приблизительно также, как это происходит на Солнце. На разработку этого проекта затрачиваются огромные средства.
В то же время в природе существует уже пять миллиардов лет совершенный термоядерный реактор – Солнце.
В ядре звезды в том числе и как наше Солнце происходит огромное количество реакций. Во время каждой реакции количество частиц понижается. Это вызывает понижение давления в ядре звезды, так как давление пропорционально количеству частиц. Внешняя оболочка звезды сдавливает гелиевое ядро, которое нагревается, подобно тому, как нагревается сдавливаемый воздух в воздушном насосе. Но в то время, как тепло возникает за счет энергии наших мускулов, тепло в ядре звезды возникает за счет гравитационной энергии.
Горячее ядро нагревает слой водорода, покрывающий его. При температуре свыше 7 миллионов градусов по Кельвину водород начинает превращаться в гелий.
На этом этапе звезда, обладает двумя источниками энергии: энергией гравитационного сжатия выгоревшего гелиевого ядра и термоядерных реакций в слое, окружающем ядро.
У звезды с двумя источниками энергии повышается ее светимость. В то время как ядро звезды вследствие сил гравитации сжимается, горение водорода на поверхности звезды в процессе расширения охлаждается (приобретает красный цвет).
Нагревание гелия в ядре красного гиганта продолжается до тех пор, пока температура не достигнет ста миллионов градусов. При этой температуре альфа-частицы сталкиваются с такой скоростью, что преодолевают силу взаимного электрического отталкивания и вследствие этого могут приблизиться на расстояние 1 ферми (1 ферми 1×10 −15 м) . Между альфа-частицами начинает действовать мощная ядерная сила, которая соединяет их в более сложное атомное ядро.
Характеристики превращения
Считается, что термоядерные реакции на солнце совершенные по следующим причинам:
- Превращение водорода в гелий является наиболее эффективным способом освобождения энергии в Солнечной системе. Никакая другая ядерная или химическая реакция не способна освободить из вещества столько ресурсов, сколько освобождается их в недрах Солнца в результате превращения водорода в гелий.
- Самый безопасный реактор, поскольку не может взорваться, обладая столь совершенной системой управления своих внутренних процессов. Всякий рискованный перегрев вызывает расширение и моментальное охлаждение. Температура поверхности Солнца относительно стабильна.
- Почти вечный источник. Ведь процесс освобождения энергии в нем будет продолжаться еще по крайней мере десять миллиардов лет.
- Звезда поставляет на нашу планету беспрерывно громадное количество теплоты (180 000 ТВт), намного больше того количества, которое человечество способно употребить. Парадоксально звучат слова об энергетическом кризисе, в то время как Солнце предлагает нам в 20 000 раз больше, чем нужно всем обитателям Земли вместе взятым.
- Энергия, которую дает нам Солнце, абсолютно чистая. Она не загрязняет окружающую среду ни в химическом, ни в радиоактивном отношении.
- Солнце за счет термоядерной реакции тепло дает даром.
- Оно настолько далеко, что никто не может злонамеренно использовать его в целях уничтожения жизни на нашей планете.
- Совершенный солнечный термоядерный реактор служит исключительно в мирных целях, для пользы всего живого на Земле. В руках человека ядерная энергия превратилась в орудие страдания и смерти (Хиросима и Нагасаки).
- Солнечная энергия, поступающая к нам в виде фотонов, высококачественна. Ее можно легко преобразовывать в любой другой вид необходимый в быту, промышленности, транспорте, сельском хозяйстве. Солнечное излучение можно превращать прямым или косвенным путём в другие виды энергии: электрическую, химическую , тепловую, механическую. Отрасль энергетики, занимающаяся использованием солнечной энергии, называется гелиоэнергетикой. Во многих странах мира функционируют самые разные гелиоустановки.
Источник