Levensloop van Sterren - werkgroep op Woudschoten Natuurkunde 2009

  • 1,212 views
Uploaded on

Werkgroep door Florine Meijer en Henny Lamers over de module Levensloop van Sterren, voor de woudschotenconferentie voor natuurkundedidactiek, 12 december 2009. …

Werkgroep door Florine Meijer en Henny Lamers over de module Levensloop van Sterren, voor de woudschotenconferentie voor natuurkundedidactiek, 12 december 2009.
Informatie over inhoud en opbouw van de module, ervaringen en mogelijkheden, en een inleiding in de sterevolutie.

More in: Education , Technology
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
No Downloads

Views

Total Views
1,212
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0

Actions

Shares
Downloads
28
Comments
0
Likes
2

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide
  • welkom allemaal bij deze werkgroep over de module Levensloop van Sterren

Transcript

  • 1. Welkom Florine Meijer (JCU) Henny Lamers (SIU) Woudschotenconferentie natuurkunde 12 december 2009
  • 2. Vanmiddag
    • Even voorstellen
    • De module
    • Inleiding sterevolutie
    • Ervaringen en mogelijkheden
    • Tenslotte
  • 3. Even voorstellen
    • Florine Meijer
      • Junior College Utrecht (JCU)
        • Universiteit Utrecht en 26 partnerscholen
        • Bètaonderwijs 5/6 vwo: NLT, differentiatie, onderzoek
    • Henny Lamers
      • Sterrenkundig Instituut Utrecht
  • 4. De module: onderwerpen
    • Met dank aan wordle.net
  • 5. De module: kern en keuze A Scheikunde tussen de sterren B Compacte sterren C Supernova’s D Zwarte gaten Keuze-hoofdstukken Gebruik: - In de klas - Achtergrond bij praktische opdracht - Voorkennis in bijlage 1 Meten aan sterren 2 Structuur van sterren 3 Levensloop van sterren Kern-hoofdstukken
  • 6. Mogelijkheden
    • VWO 6 of eind 5
    • Binnen de lessen natuurkunde (sk)
      • na Elektromagnetische straling en materie (Nina)
      • na Project Moderne Natuurkunde
    • In NLT, Domein D
      • na Kernfusie
      • i.p.v./na Meten aan Melkwegstelsels (overlap: zwarte gaten)
  • 7. Mogelijkheden: differentiatie
    • Voorkennisbijlage
      • van tevoren of tijdens kernhoofdstukken
    • Kernhoofdstukken meer/minder diep
      • grote lijn of details
      • meer/minder opgaven
    • Keuzehoofdstuk
      • Compacte sterren is lastigste
    • Keuzeonderwerp
      • leerlingen kiezen zelf onderwerp en diepgang
  • 8. Mogelijkheden: afsluitingen
    • Schriftelijke toets
    • Praktische opdracht
    • Excursie
      • sterrenwacht
      • Planetarium Artis
  • 9. Ervaringen van docenten
    • “ Met de keuze-onderwerpen zijn de meeste leerlingen enthousiast aan het werk gegaan.
    • Dat leidde tot websites , verslagen , en een brochure met de titel neutrino’s voor dummies .”
  • 10. Ervaringen van leerlingen
      • “ Ik vond de sessies over supernova's en zwarte gaten het leukst, omdat die over concrete voorbeelden gingen.
      • Bovendien zijn het ook echt coole dingen , wat er gebeurt als een ster ontploft.”
      • “ De module geeft een goed idee van hoe groots en indrukwekkend het heelal kan zijn.”
  • 11. Als ik het zelf ga geven…
    • V5 of V6, natuurkunde/scheikunde of NLT?
    • NLT: leerlingen zonder natuurkunde?
    • collega erbij?
    • keuzehoofdstuk?
    • afsluiting?
  • 12. Beschikbaarheid
    • Leerlingmateriaal
      • www.betavak-nlt.nl
      • www.uu.nl/jcu
    • Docentenmateriaal
      • op aanvraag bij JCU@uu.nl
    • Nascholing
      • www.best-utrecht.nl
  • 13. www.uu.nl/jcu
    • Leerlingmateriaal downloaden
  • 14. Inleiding sterevolutie
    • Door Henny Lamers
  • 15. De levensloop van sterren Henny J.G.L.M. Lamers Sterrenkundig Instituut Universiteit Utrecht Tel: 030-2535222 email: H.J.G.L.M.Lamers@uu.nl
  • 16. 1. De vorming van sterren
  • 17. Een klein stukje sterrenhemel
  • 18. De Pleiaden sterrenhoop honderden sterren
  • 19. Sterrenhoop M13 honderdduizenden sterren op een kluit
  • 20. Een hete gas wolk (T~ 10 4 K) waterstof 70% helium 28% (rest) 2% vooral koolstof, stikstof zuurstof
  • 21. Een koude stofwolk (T~100 K) uiterst kleine roet en zand korreltjes (~0.1 micron)
  • 22. Het ontstaan van een sterrenhoop uit een grote gasnevel 1. kontraktie van een gaswolk door eigen zwaartekracht 2. kontraherende gaswolk gaat klonteren 3. klonters trekken samen tot sterren 4. sterrenhoop !
  • 23. De Adelaar nevel : stervormings nevel Afstand: 7000 lj Diameter: totaal : 50 lj binnendeel: 15 lj Totale massa: >12000 Mzon
  • 24. Eerste sterren in een stervormings nevel gaan gas in hun directe omgeving verhitten en ionizeren -> expanderende hete gasbel Bellen blazen in een stervormende wolk
  • 25. Gas-stof kolommen in Adelaar nevel materiaal voor honderden sterren Hubble Ruimte Telescoop “ Pillars of creation ” Grootste kolom = 3 x 1 lj Verdamping van gas en stof door nabije sterren
  • 26. Samenstelling van gaswolken en van bijna alle sterren in ons melkwegstelsel afgeleid uit het spectrum Waterstof (H) 70 % Helium (He) 28 % Zuurstof (O) 1 % Koolstof (C) 0.4 % Stikstof (N) 0.1 % Rest 0.5 %
  • 27. 2. De levensloop van zon sterren
  • 28. De zon Afstand: 150 000 000 km = 8 lichtminuten Diameter: 1 400 000 km Oppervlakte: 5700 graden Leeftijd: 4,6 miljard jaar! Straling: 4 10 26 Watt Alle auto’s op aarde (7 10 8 ), 100 km/dag, 4miljoen jaar ! = energieverbruik Zon in 1 sec !
  • 29. Het principe van H -> He fusie 4 protonen + 2 electronen -> He-kern + 2 neutrinos + energie
  • 30. De fusie reacties van H -> He in sterren proton-proton keten CNO cyclus Netto: 4H + 2e -> He-kern Netto: 4H + 2e -> He-kern In lichte sterren T<18 MK In zware sterren T > 18 MK
  • 31. Energie produktie door H fusie 4 1 H -> 4 He + 2e + + 2 γ + 2 ν 2 e + + 2 e - -> 2 γ
    • 4 protonen : 4x1.00727 = 4.0291 a.m.u
    • 2 electronen: 2x0.00055 = 0.0011 a.m.u
    • -----------
    • in 4.0302 a.m.u
    • He kern uit 4.0015 a.m.u
    • ----------
    • omgezet in energie 0.0287 a.m.u.= 0.7 %
    E = m c 2
  • 32. Opgave: bereken de maximale levensduur van de zon door H-fusie Levensduur = Energie voorraad/Energie verbruik
    • Massa van de zon = 2.0 10 30 kg
    • 70% is waterstof
    • 12% van de massa zit in de kern (fusie)
    • Energie verbruik van zon = 3.8 10 26 J/s
    • Maximale levensduur van zon = Energie voorraad /Verbruik
    • = ????? jr !!
  • 33. Opgave: schat de maximale levensduur van sterren Maximale levensduur = energie voorraad/verbruik t max = 9 miljard x (M/M zon )/(L/L zon ) jr met L ~ M 3.8
    • Massa Helderheid Levensduur (jr)
    • (in Mzon) (in Lzon) geschat
    • 1 1
    • 3 70
    • 5 450
    • 40 000
    • 60 500 000
    • 0.8 0.5
  • 34. De evolutie van de zon (en sterren) Zon nu: H -> He fusie in het centrum
    • Strijd tussen
    • zwaartekracht
    • -> krimpen
    • 2. gasdruk (en stralingsdruk)
    • -> uitzetten
    Zolang er fusie is kan de ster in evenwicht blijven
  • 35. Belangrijkste fusie reakties in sterren
    • grondstof produkt T reactie
    • Waterstof -> Helium 10 7 4 H -> He 4
    • Helium -> Koolstof 10 8 3 He 4 -> C 12
    • Koolstof +He -> Zuurstof 2 10 8 C 12 + He 4 -> O 16
    • Zuurstof -> Silicium 10 9 2 O 16 -> Si 28 + He 4
    • Silicium -> IJzer 2 10 9 2 Si 28 -> Fe 56
    Na eind van elke fusie fase wint zwaartekracht : -> ster wordt ineengedrukt -> temperatuur en druk in centrum stijgen -> totdat de volgende fusie fase start.
  • 36. De zon over 3.5 miljard jaar : einde H-fusie in centrum een rode reus Aarde verschroeit : einde van leven op aarde
  • 37. 300 miljoen jaar later : rode superreus Straal van zon is dan 200 a 300 maal huidige straal Misschien wordt de aarde dan opgeslokt door de zon !
  • 38. Rode superreus : R ~ 300 R zon ster met kern van helium en koolstof Officiele naam : ster op asymptotische reuzen tak (AGB) C-pit met He-schil eromheen detail tekening van centrum
  • 39. Rode superreuzen “pulseren” Uitzetten en inkrimpen op tijdschaal van maanden tot jaren Hierbij worden steeds buitenlagen afgestoten (v ~ 20 km/s) Totdat, na ca 100 000 jaar alleen de “pit” van de ster overblijft ! helderheid
  • 40. 3. Het einde van sterren
  • 41. Planetaire nevels : de “laatste ademstoot” van lichte sterren (M<6 Mzon) Diameter : 1 lichtjaar Snelheid: 20 a 50 km/s Samenstelling: voornamelijk H-gas verrijkt met He en C Ster in centrum: Witte dwerg = “pit” van de ster
  • 42. kattenoog nevel uitgestoten gaslagen rondom een witte dwerg foto in UV licht foto in nabij infrarood licht
  • 43. Levens cyclus van sterren
  • 44. Het einde van een zware ster M>8 M zon Alle fusie-fasen zijn doorlopen, tot vorming van Fe in centrum
  • 45. Supernova Implosie van de kern en explosie van de buitenlagen
    • (a) De ster heeft een Fe kern: geen energiewinst door fusie meer mogelijk.
    • (b) In het centrum is er door kernfusie een ijzeren kern ontstaan, die instort.
    • (c) Het binnendeel wordt samengedrukt zodat er neutronen gevormd worden
    • Het invallende gas botst op de “harde” neutronen ster (M~ 2 M zon )
    • Er ontstaat een schokgolf
    • Dit schokfront is zo sterk dat de buitenlagen worden weggeblazen
    • = supernova –explosie met snelheid van 15 000 km/s
    • Uiteindelijk blijft er slechts een neutronster over, of een zwart gat.
  • 46. 23 febr 1987: Supernova 1987A een ontploffende zware ster 25 febr 1987 Ster werd binnen twee dagen 200 miljoen maal zo helder als zon ! Hij bleef maanden zo helder en begon toen zwakker te worden. Ster is nu niet meer zichtbaar, uitgestoten nevel wel.
  • 47. “ Krab-nevel” restant van ster die in 1054 ontplofte Het signaal van de Krab-pulsar: een piepje elke 0.0336702 seconde Pulsar = zeer snel roterende neutronen ster met strek magneet veld
  • 48. De Sluier nevel restant van supernova explosie van 7000 jaar geleden Expansie snelheid 2000 km/s
  • 49. Wij zijn gemaakt van sterrenstof !
  • 50. Wilt U deze powerpoint presentatie ontvangen, email naar [email_address] Een uitstekend boek over sterrenkunde op ongeveer dit niveau: In quest of the Universe (CD met video’s en foto’s) T.Koupelis & K. Kuhn, uitgever: Jones & Bartlett Publ. ISBN 13-978-0-7637-4387-1 of ISBN 10-0-7637-4387-0 Foto’s van Hubble Space Telescope te vinden op http://heritage.stsci.edu Sterrenkunde les door een astronoom? lamers@astro.uu.nl of [email_address]
  • 51. Dank
    • De schrijvers van de module
    • De leerlingen van het JCU
    • De docenten en leerlingen die de module hebben uitgeprobeerd
    • U voor uw belangstelling