Sonne und Kernfusion

Emily

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Hallo alle,
man liest doch immer wieder, die Sonne verbrennt Wasserstoff zu Helium, meiner Meinung nach müsste da doch von Fusion die Rede sein, Verbrennung ist für mich anzünden puff und weg, so wie der Wasserstoff im Reagenzglas im Chemie Unterricht.
Aber gerade mal eine Frage zur Verbrennung:
Warum fusioniert der Wasserstoff da in der Sonne eigentlich anstatt mit einem Schlag zu verbrennen?
Liegt das an der extrem hohen Gravitation da in der Sonne?

Ein schönes Wochenende noch allen :cool:
 

Bernhard

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Warum fusioniert der Wasserstoff da in der Sonne eigentlich anstatt mit einem Schlag zu verbrennen?
Hi Emily,

dazu sollte man zum Einstieg erst mal wissen, dass die Temperatur in der Sonne nicht konstant ist, sondern zum Zentrum hin stark zunimmt. Im Zentrum hat man zudem auch den höchsten Druck. Ferner besteht die Sonne überwiegend aus etwa 75% Wasserstoff und 25% Helium. Wenn dieses H-He-Gemisch nun einem hohen Druck und einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, so wie im Inneren der Sonne, so bildet sich ein sogenanntes Plasma. Die Elektronen der Atome sind dabei nicht mehr fest an die Atomkerne gebunden, sondern bilden sozusagen eine gemeinsame "Teilchensuppe", in der sich die Kerne und Elektronen relativ frei zueinander bewegen können.

Und eben diese Eigenschaft der freien Beweglichkeit führt im Inneren der Sonne nun dazu, dass sich mit erhöhter Wahrscheinlichkeit zwei Atomkerne so nahe kommen, dass die starke Kernkraft stärker als die elektromagnetische Abstoßung wird. In der Folge bilden beide Kerne unter Energieabgabe einen größeren Kern - sie fusionieren dabei also zu einem neuen Atomkern. Die Art der Atomkerne habe ich dabei ganz bewusst offen gelassen, weil das nicht notwendigerweise zwei Protonen sein müssen. Bei der Sonne ist der vorherrschende Vorgang der sogenannte CNO-Zyklus.

Deine Frage wird also dadurch beantwortet, dass auf atomarer Ebene die Wahrscheinlichkeit für eine Fusion kleiner als eins ist, aber gerade auch so viel größer als Null, dass wir unseren überaus wichtigen Zentralstern jeden morgen erneut als helle Kugel am Himmel sehen können.

Ein schönes Wochenende noch allen :cool:
Ebenso.
 

MGZ

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Ich würde es eher anders beantworten.

Die Sonne ist im Gleichgewicht aus Gravitation und Strahlungsdruck. Würde jetzt mehr Kernfusion stattfinden, dann würde der Strahlungsdruck zunehmen. Der Sonnenkern wäre weniger dicht und die Fusionsrate würde abnehmen.
Wenn dagegen die Gravitation die Sonne etwas mehr komprimieren würde, dann würde die Dichte im Kern steigen, mehr Wasserstoff würde fusionieren und der Strahlungsdruck würde ansteigen, der der Gravitation entgegenwirkt.
 

Dgoe

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Hey Emily,

früher nahm man an, dass die Sonne ein großer Ofen ist (mit Kohle brennt oder dergleichen). Leider konnten auch damals schon einige Hochrechnungen die Beobachtungen nicht erklären, unterstützen.

Heute weiß man es besser, die Formulierung, dass irgendwas zu was anderem verbrennt, ist aber geblieben. Im Grunde passt das ja auch, nur dass Brennen in einem übergeordneten Sinn, wie Reagieren (konkret Fusionieren) verwendet wird.

Gruß,
Dgoe
 

Bynaus

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Es ist stets ein nukleares "Brennen" gemeint, wenn man im Zusammenhang von Sternen vom "Wasserstoffbrennen" oder "Heliumbrennen" spricht, also Kernfusion. Es ist ein "Brennen" in dem Sinn, dass man einen Ausgangsstoff hat und ein davon verschiedenes Endprodukt, und bei der Umwandlung Energie frei wird. Bloss dass beim "chemischen" Brennen die Stoffe auf der nuklearen Ebene nicht verändert werden.
 

Dgoe

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Ja,

dazu zu sagen wäre, dass alle Antworten, bis auf die von mir, von fachlich studierten Leuten stammt, soweit ich weiß. Aber als Laie kann ich gut andere Laien nachempfinden.

Ich tue deswegen noch einen drauf, weil man sich bestimmt fragt, wo die Energie her kommt, bei dem Prozess. Bei normalem (chemischen) Feuer ist das vielleicht auch kaum einem genau klar, aber mal dies außen vor, empirisch (erfahrungsmäßig) wohl jedem sowieso und eh klar, ist einfach so, Sauerstoff (Luft) und nen Funken oder Grillanzünder.... Aber ohne Feuer?

Die Energie kommt von etwas, was isch als Laie total phänomenal fand, sobald erfahren. Denn wenn sich Kerne oder Kernbestandteile (Nukleonen) zu einem anderem Kern vereinen, dann werden sie bei der Hochzeit leichter, sozusagen erleichtert. Der neue (größere) Kern ist dann massemäßig leichter, als die Summe der einzelnen Nukeonengewichte zuvor. [Dazu aber: Ab einer Grenze wird das Spalten von "zu" großen Kernen zu 2 kleineren Kernen für die Nukleonen auch vorteilhafter, wobei sie Energie abgeben (insgesamt leichter werden), siehe Nuklearenergie.]

Und genau da kommt die Energie her, die werden leichter unter Energieabgabe (nach außen, alles per kleinerer Teilchen), freiwerdende Bindungsenergie genannt und der Masseverlust dabei, nennt sich Massendefekt. Masse steht ja im Verhältnis zur Energie, per E=mc², muss also irgendwo hin, wenn was leichter wird.

Also nochmal: Du hast mehrere Nukleonen die zusammen 50 wiegen, ok? Wenn sie zusammen einen gemeinsamen Kern bilden, dann wiegen sie nur noch 40 (vereinfacht): Da müssen also 10 nach draußen frei werden, okay? Deswegen strahlt unsere Sonne, Du siehst die 10.

Dummerweise ist das nur Kernphysik und nicht QCD, Elemantarteilchenphysik (oder so), denn da ist wieder alles anders, ganz anders. Braucht man nicht unbedingt verstehen, das sind so viele Fragezeichen.... (Quarks, Higgs, Monopole, Gravitonen, keine Ahnung, immer was neues) - musse studieren, sonst geht gar nichts.

Gruß,
Dgoe
 
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MGZ

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Letztlich ist auch bei einer chemischen Verbrennung das Endprodukt leichter als die Ausgangsbestandteile. ;) Was die Masse angeht gibt es keinen qualitativen Unterschied zwischen Kernfusionen und chemischen Prozessen. Sogar wenn ich eine rein mechanische Uhr laufen lasse bis die in der Feder gespeicherte Energie alle ist, dann ist sie am Ende leichter als am Anfang.
Masse steht nicht einfach nur in einem Verhältnis zu Energie, Masse und Energie sind konzeptionell identisch und nicht voneinander trennbar. Masse ist Energie, c² ist bloß ein Umrechnungsfaktor zwischen geeigneten Maßeinheiten.
 

Dgoe

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c² ist bloß ein Umrechnungsfaktor zwischen geeigneten Maßeinheiten.

ja, und warum ist das c² und nicht nur c, oder c hoch dreitausendfantastikundeins?

Aber davon ab, danke für das schon mal. Die Frage mag sonst womöglich keiner stellen, ohne sich blamieren zu wollen, womit ich jedoch kein Problem hab.

Ich erwarte auch keine Antwort. Aber das habe ich nie verstanden, wie kommt man drauf (wie kam Einstein darauf) auf die Quadrierung? (ist was offtopic, aber so hatte ich es noch nie gefragt, mich jedoch oft gefragt)

Wieso zum Geier muss man die Lichtgeschwindigkeit mit sich selber multiplizieren?

Gruß,
Dgoe
 
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Bernhard

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Hallo Dgoe,

Wieso zum Geier muss man die Lichtgeschwindigkeit mit sich selber multiplizieren?
die Antwort lautet schlicht und einfach: weil damit die physikalischen Experimente am besten wiedergegeben werden! Mehr will und sollte die Naturwissenschaft da nicht leisten.
 

zabki

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Hallo Dgoe,


die Antwort lautet schlicht und einfach: weil damit die physikalischen Experimente am besten wiedergegeben werden! Mehr will und sollte die Naturwissenschaft da nicht leisten.

wenn ich die Lichtgeschwindigkeit = 1 setzte, dann ergibt eine Multiplikation mit 1 hoch 2 doch keinen zahlenmäßigen Unterschied. D.H. auch gar keine Multiplikation mit c ergibt keinen Unterschied. Die Meßergebnisse können es also doch nicht sein, oder?
 

Bernhard

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wenn ich die Lichtgeschwindigkeit = 1 setzte, dann ergibt eine Multiplikation mit 1 hoch 2 doch keinen zahlenmäßigen Unterschied.
Genau das machen nur diejenigen (mit Erfolg), die bereits sehr gut mit physikalischen Einheiten umgehen können und wissen was sie da machen. Alle anderen sollten peinlichst genau auf physikalische Einheiten wie m, s, N, kg usw. (s. SI-Einheiten) achten, damit die Ergebnisse auch stimmen. Wer hier ungeübt ist, kann man ja mal prüfen, ob die SI-Einheiten bei der Formel E = mc² passen und ob das immer noch passt, wenn man am Exponenten von c etwas ändert.
 

zabki

Registriertes Mitglied
Genau das machen nur diejenigen (mit Erfolg), die bereits sehr gut mit physikalischen Einheiten umgehen können und wissen was sie da machen. Alle anderen sollten peinlichst genau auf physikalische Einheiten wie m, s, N, kg usw. (s. SI-Einheiten) achten, damit die Ergebnisse auch stimmen. Wer hier ungeübt ist, kann man ja mal prüfen, ob die SI-Einheiten bei der Formel E = mc² passen und ob das immer noch passt, wenn man am Exponenten von c etwas ändert.
das dachte ich mir, darum schrieb ich "keinen zahlenmäßigen Unterschied". Ich hoffte, so eine kurze knackige Antwort herauskitzeln zu können ...;)
 
Zuletzt bearbeitet:

julian apostata

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ja, und warum ist das c² und nicht nur c, oder c hoch dreitausendfantastikundeins?

Ich denke, die allereinfachste Antwort für den Laien hat doch schon Max Born geliefert (zumindest wenn man sie auf das Notwendigste zusammen kürzt.)

https://www.geogebra.org/material/show/id/1537373

Beim Stoß wird kinetische Energie in Wärmeenergie umgesetzt (Das Rote in der Animation).

Und wenn die Zusatzmasse ~ m*u²/c² beträgt
und die thermische (=verlorene kinetische) Energie ~ m*u² dann gilt

thermische Energie~Zusatzmasse*c²

Aber davon ab, danke für das schon mal. Die Frage mag sonst womöglich keiner stellen, ohne sich blamieren zu wollen

Fragt ruhig. Solange ihr nicht so tut, als ob ihr mehr wüsstet als die Fachleute (siehe mahag) ist das kein Problem.
 

pane

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Hallo,

Ferner besteht die Sonne überwiegend aus etwa 75% Wasserstoff und 25% Helium.

Dazu habe ich auch mal eine Frage: Alle Planeten haben wahrscheinlich im Inneren einen mehr oder weniger großen Gesteins-, bzw. Metallkern. Das gilt wahrscheinlich auch für die großen Gasplaneten. Warum sollte das nicht auch für unsere Sonne gelten? Das ganze schwere Zeugs sollte sich doch im Inneren befinden.

Die Art der Atomkerne habe ich dabei ganz bewusst offen gelassen, weil das nicht notwendigerweise zwei Protonen sein müssen. Bei der Sonne ist der vorherrschende Vorgang der sogenannte CNO-Zyklus.
Im Artikel steht aber, dass in der Sonne die Proton-Proton-Reaktion vorherrschend ist, der CNO-Zyklus wird erst bei schwerere Sterne vorherrschend.

mit freundlichen Grüßen
pane
 

Bynaus

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@pane: bei den Planeten ist der Kern aber auch keine 15 Mio Grad heiss... Die Aufteilung ("Differentiation") funktioniert eigentlich nur wenn die schwereren Elemente bedeutende Anteile der Gesamtmasse ausmachen (zB wenn ihr Anteil die Dichte stärker beeinflusst als die Variation von He / H Anteilen). Bei der Erde etwa ist das schwere und dichte Uran vorwiegend in der Kruste konzentriert, weil dessen Häufigkeit stärker durch das geochemische Verhalten bestimmt wird als durch die Dichte. Genauso verhält es sich mit den schweren Elementen in der Sonne - sie sind im Sonneninneren annähernd gleichverteilt, nur das He nimmt zum Kern hin zu weil es dort als Abfallprodukt der Fusion anfällt. Gegen Ende ihrer Lebensdauet wird auch die Sonne beginnen, He zu C und O zu verbrennen, und dann erst wird sie beginnen, einen schweren Kern aus C und O aufzubauen - die Vorstufe zum späteren Weissen Zwerg.
 
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