Fysik

Solens lys, kerneprocesser og fusion

09. juni 2008 af Den11time (Slettet)

Jeg har fysik på c-niveau og er i gang med at læse om solens lys og kerneprocesser, herunder fusion.
Jeg har hertil nogle spørgsmål til den "første" proces i fusion af hydrogen (brint), der senere bliver til helium m.m.

Jeg har forstået, at 2 hydrogenatomer støder sammen med høj fart. Herved dannes helium med 2 protoner og ingen neutroner. Hvorfor er der ingen neutroner? Er det fordi hydrogen ikke består af neutroner (hvilket jeg ville tro de gør)?

Herefter læste jeg, at da der ikke er ligevægt mellem kernekræfterne i atomet, så bliver det vha. radioaktive henfald til brint med en neutron og en proton. Jeg forstår ikke rigtig det med ligevæget mellem kernekræfterne. Er der en der vil forklare det?

Dog har jeg læst at et nukleon består af kvarker, der er bundet sammen. Hele kernen bindes så af kraften mellem kvarkerne i nukleonerne. I store kerner kan kernekraften (dvs. kraften mellem kvarkerne??) ikke overvinde den elektriske frastødning mellem protonerne og kernen bliver ustabil og henfalder, som i dette tilfælde. Jeg går så ud fra, at vores kerne er stor?? Er det sådan ligevægten mellem kernekræfterne skal forstås??

Solen lyser netop pga. fusion. Er der så fordi den energi, der frigives består af fotoner, som lys jo består af?

Brugbart svar (0)

Svar #1
09. juni 2008 af Daniel TA (Slettet)

Hvis vi snakker om almindelig brint, så er der kun én nukleon, nemlig en proton og ingen neutroner. Det der holder en kerne sammen er de stærke kernekraft, som gør at frastødningen mellem de positive protoner ikke bliver for stor. Men da der kun er to protoner og ingen neutroner, henfalder den ene proton til en neutron og man har hydrogen igen, som består af én proton og én neutron. Denne kerne er ikke speciel stor i forhold til f.eks. uran som har ca. 235 nukleoner.
Til dit sidste spørgsmål er svaret, ja! :)

Svar #2
09. juni 2008 af Den11time (Slettet)

Tusinde tak for det hurtige svar :-)

Efter nærmere eftertanke kom jeg også lige i tanke om, at nukleoner jo består af neutroner og protoner, så det er herved klart at der skal være lige mange af hver for at der er elektrisk ligevægt. Men hvordan kommer det med kvarkerne og bindingskræfterne så ind i billedet?
Det skal jeg måske hellere ikke hæfte mig så meget ved. Det er kun fysik på c-niveau, men det er måske meget godt at vide?

Brugbart svar (0)

Svar #3
09. juni 2008 af Daniel TA (Slettet)

Altså jeg har lige afsluttet fysik på A-niveau og der gennemgik vi det ikke. Det blev kun nævnt, at der er noget der hedder kvarker, så du skal ikke hæfte dig så meget ved dem. Men det med bindingsenergi er ret vigtigt.
Når to hydrogenatomer går sammen og bliver til et heliumatom vejer heliumatomet mindre. Dvs at der er omdannet noget masse til energi af Einsteins klassiske formel: E=m*c^2, hvor m er masse forskellen og c er lysets hastighed i vakuum.

Svar #4
09. juni 2008 af Den11time (Slettet)

Jeg skal lige være sikker på, at jeg har forstået det med bindingsenergi rigtigt.
Bindingsenergi er den energi der skal til for at splitte kernen ad i protoner og evt. nentroner. Så hermed er bindingsenergi og den stærke kernekraft det samme eller hvordan? Eller er bindingsenergi et udtryk for den stærke kernekraft?

Svar #5
09. juni 2008 af Den11time (Slettet)

Men kernen skal jo ikke splittes her. Nu blander jeg også fission ind i det hele hehe :-)

Så bindingsenergi er den mængde energi der frigives ved sammensmeltningen. Dette kan så ses vha. Einsteings ligning, idet massen for 1 helium atom er mindre end massen for 2 hydrogen-atomer. Men jeg er stadig ikke helt sikker på, at jeg forstår det rigtigt. Jo stærkere kernekraft (eller bindingsenergi??), jo mere stabil er kernen. I vores tilfælde er kernekraften ikke stærkere end protonernes frastødningsenergi, så den henfalder. Hvor kommer bindingsenergien så fra eller hvad er bindingsenergi egentlig?

Brugbart svar (0)

Svar #6
09. juni 2008 af Daniel TA (Slettet)

Så vidt jeg har forstået så er bindingsenergi og den stærke kernekraft det samme. Men jeg må være svar skyldig, du må søge hjælp hos en af dem, der er igang med en videregående uddannelse.

Brugbart svar (0)

Svar #7
09. juni 2008 af Esbenps

Den stærke kernekraft er en kraft mellem partikler, som er meget tæt på hinanden. Det er den kraft, som holder protonerne (og neutronerne) sammen i kernen.

Bindingsenergi er (i det her tilfælde) den energi der skal til at splitte hele kernen ad i dens enkelte partikler. Eftersom helium har højere bindingsenergi end hydrogen, så udløses energi i processen H + H --> He. Tænk over, at den stærke kernekraft trækker kernen meget kraftigt sammen. Det kræver derfor en bunke energi at splitte den ad. Når så to brint-atomer presses sammen til helium, så bliver bindingen større og der udløses noget energi. Denne energi er netop den, som skal til at splitte dem ad igen...

Så nej, den stærke kernekraft og bindingsenergi er ikke det samme. Det ene er en kraft og måles i Newton (N), og det andet er en energi og måles i Joule (J).

Spørg endelig, hvis du/I stadig ikke er helt med...

Brugbart svar (0)

Svar #8
09. juni 2008 af Daniel TA (Slettet)

#7
Det er jo egentlig ting som man kan sige sig selv, men det var dejligt lige at få det læst, jeg forstår det bedre nu, tak for hjælpen :)

Svar #9
09. juni 2008 af Den11time (Slettet)

Mange tak for svaret :-)

Jeg skriver lige det jeg har forstået og så må du endelig rette mig.

Man kan altså ud fra det om bindingsenergi konkludere, at jo mere bindingsenergi, der skal til for at splitte kerne ad, jo mere stabil er den. Helium (med 2 protoner og ingen neutroner) er ret ustabil og det er fordi kernekraften ikke kan overvinde den elektriske frastødning der er mellem protonerne. Herved henfalder den så. Med "overvinde" menes der altså at kernekræften ikke trækker kernen så kraftigt sammen i forhold til hvor meget protonerne frastøder hinanden, har jeg ret?

Der skal mere bindingsenergi til for at splitte hydrogen ad end for at splitte helium ad. Dette er klart, idet helium består af to hydrogener og herved deres stærke kernekraft til sammen. Så selvfølgelig er helium mere stabil end hydrogen, ikke? Jeg forstår bare ikke hvorfor der udløses energi?

Brugbart svar (0)

Svar #10
10. juni 2008 af Esbenps

Nej, det er forkert forstået. Prøv at kigge på grafen her: http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Binding_energy_curve_-_common_isotopes.svg

Grafen viser bindingsenergier for de forskellige grundstoffer og deres isotoper. Du kan se, at helium har meget høj bindingsenergi, hvilket betyder, at den sidder meget tæt sammen og er svær at splitte ad.

Grunden til der udløses energi er måske lidt halvsvært at forstå. At helium er stærkere bundet betyder, at heliumkernens (potentielle) energi er lavere end hydrogenkernens. Under omdannelsen fra brint til helium tabes der altså energi i kernen, men energi kan jo ikke bare forsvinde. Den manglende energi i kernen er så blevet udsendt som en foton...

Svar #11
10. juni 2008 af Den11time (Slettet)

Mange tak!

Jeg tror jeg forstår det nogenlunde nu.
Men det første jeg skrev, er det heller ikke forstået rigtigt:

"Man kan altså ud fra det om bindingsenergi konkludere, at jo mere bindingsenergi, der skal til for at splitte kerne ad, jo mere stabil er den. Helium (med 2 protoner og ingen neutroner) er ret ustabil og det er fordi kernekraften ikke kan overvinde den elektriske frastødning der er mellem protonerne. Herved henfalder den så. Med "overvinde" menes der altså at kernekræften ikke trækker kernen så kraftigt sammen i forhold til hvor meget protonerne frastøder hinanden, har jeg ret?"

Det jeg er lidt usikker på er netop det med at kernekraften ikke kan "overvinde" den elektriske frastødning der er mellem protonerne, hvad mener der med overvinde? er det rigtigt det jeg har skrevet?

Brugbart svar (0)

Svar #12
10. juni 2008 af Esbenps

Jo, du har ret: Jo større bindingsenergi, jo mere stabil kerne. Tag et kig på det billede, jeg gav et link til. Der kan du se, hvilke atomer, der er stærkest bundne. Eksempelvis er He med 2 neutroner meget stabil...

Skriv et svar til: Solens lys, kerneprocesser og fusion

Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk? Klik her for at oprette en bruger.