Seit der Antike versuchen Astronomen, die genaue Entfernung der Erde zur Sonne zu messen. Eine der allerersten uns bekannten Größen wurde im 3. Jahrhundert v. Chr. angegeben. Aristarchos von Samos – übrigens das Altgriechisch zuerst vorgeschlagen, heliozentrisch statt geozentrisches System Frieden. Er schätzte, dass die Entfernung zum Stern 20-mal größer sei als die zum Mond. Das ist natürlich ein falscher Wert: Tatsächlich ist die Sonne mehr als 400-mal weiter von uns entfernt als der Mond. Er ist übrigens auch etwa 400-mal größer, weshalb die scheinbaren Winkelgrößen von Sonne und Mond gleich sind. Ist das nur ein Zufall? Die Antwort finden Sie im Hinweis „Big Luck“.

Bis zum Ende des 20. Jahrhunderts. Wissenschaftler hatten bereits ein viel besseres Verständnis für die Bewegung von Himmelskörpern. Mit Hilfe moderner Radargeräte wird die Rückkehr des von ihnen reflektierten Signals aufgezeichnet, und auch dank Raumsonden, wurde die Entfernung von der Erde zur Sonne mit hoher Genauigkeit ermittelt. Der aktuelle Wert beträgt 149.597.870.696 m – mit einem Fehler von nicht mehr als 0,1 m. Damit ist die Geschichte jedoch noch nicht zu Ende.

Im Jahr 2004 leiteten die russischen Physiker Gregory Krasinsky und Victor Brumberg genaue Berechnungen zeigte, dass sich die Erde allmählich von der Sonne entfernt. Langsam – nicht mehr als 15 cm pro Jahr – aber durchaus erheblich. Was „stößt“ uns von unserem Stern weg?

Eine Annahme ist, dass die Sonne kontinuierlich an Masse verliert. Indem es riesige Ströme von Materie und Energie, Strahlung und Sonnenwind in den Weltraum ausstößt, „erhellt“ es ihn und schwächt ihn dementsprechend Erdanziehungskraft. Aus dem einen oder anderen Grund stellte diese Erklärung die Astronomen jedoch nicht vollständig zufrieden. Es wurden auch andere Versionen vorgeschlagen, die viel exotischer sind – etwa in einer Änderung der fundamentalen Gravitationskonstante (G), im Einfluss der Expansion des Universums oder sogar der Dunklen Materie. Keine der Hypothesen hat bisher eine endgültige Unterstützung erhalten.

Und kürzlich präsentierte eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Takaho Miura einen Artikel, in dem sie ihre eigene Version vorbrachten. Ihrer Meinung nach „stoßen“ sich Sonne und Erde unter dem Einfluss der Gezeitenkräfte ab. Dabei handelt es sich um Kräfte, die auf relativ ausgedehnte Objekte wirken, die sich in einem ungleichmäßigen Gravitationsfeld befinden. Es wird angenommen, dass Gezeitenkräfte dazu führen, dass sich der Mond allmählich von uns entfernt und dass sich die Rotationsgeschwindigkeit unseres Planeten allmählich verlangsamt.

Tatsache ist, dass die Schwerkraft des Satelliten auf der ihm zugewandten Seite der Erde eine Flutwelle erzeugt, die hinter dem rotierenden Mond von West nach Ost läuft und im Idealfall in einem Mondmonat einen vollen Kreis bilden würde.

Gleichzeitig dreht sich auch die Erde „unter“ dieser Welle und wo schneller als der Mond(Der Umsatz erfolgt pro Tag), und infolgedessen „laufen“ die Ostküsten der Kontinente ständig auf der Flutwelle „hoch“. Daher ist die Flutwelle der Rotation des Mondes immer voraus und die gesamte Masse dieses Wassers wird aus dem geraden Segment verdrängt, das die Massenschwerpunkte von Erde und Mond verbindet. Seine Anziehung erzeugt eine zusätzliche Kraft, die senkrecht zu diesem Segment wirkt.

Diese Gezeitenkraft bewirkt eine leichte, aber konstante Beschleunigung der Mondrotation, die nach dem Impulserhaltungssatz zu einer Verlangsamung der Erdrotation führt. Und natürlich erhöht der Mond selbst, nachdem er seine Geschwindigkeit erhöht hat, seinen Impuls und bewegt sich auf eine höhere Umlaufbahn. Jedes Jahr entfernt er sich um etwa 4 cm von uns, und der Planet selbst braucht etwa 0,000017 Sekunden länger, um eine vollständige Umdrehung zu vollenden.

Laut Takaho Miura und seinen Kollegen bewirken dieselben Kräfte eine Vergrößerung des Abstands zwischen der Erde und der Sonne. Egal wie winzig die Erde im Vergleich zum Stern ist, sie verursacht in ihr dennoch so etwas wie eine „Flutwelle“. Wissenschaftler haben berechnet, dass dieser Effekt – ähnlich wie im Erde-Mond-System – die Rotation der Sonne um etwa 0,00003 s pro Jahr verlangsamen und unseren Planeten dementsprechend von unserem Stern entfernen sollte.

„Die Sonne ist eine Münze“, grummelte der geizige Mann.
Nein, eine Bratpfanne! - der Vielfraß weinte.
„Nein, es ist ein Laib“, sagte der Bäcker.
Kompass“, sagte der Seemann überzeugt.
Die Sonne sei ein Stern, verkündete der Astronom.
Ein gütiges Herz – entschied der Träumer.

Thema: Energiequellen und Interne Struktur.

Ziel: Betrachten Sie die Energiequelle der Sonne, thermonukleare Reaktionen (Proton-Proton-Zyklus) und die innere Struktur von Sternen.

Aufgaben :
1. Lehrreich: Stellen Sie die Konzepte vor: die Sonne als heiße Plasmakugel, thermonukleare Reaktion, Massendefekt, Proton-Proton-Zyklus. Erwägen Sie die Möglichkeit, die Parameter der inneren Struktur der Sonne anhand elementarer physikalischer und mathematischer Konzepte zu berechnen. Geben Sie eine Vorstellung von der Helioseismologie.
2. Bildung: Förderung der Ideenbildung über Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge in der Natur (am Beispiel der Betrachtung einer Kette von Phänomenen – von der Umwandlung der Kerne von Wasserstoffatomen in die Kerne von Heliumatomen in den Tiefen der Sonne bis zum Beleuchtung und Erwärmung der Erde durch das Licht und die Wärme der Sonne). Betonen Sie, dass die Sonne über Milliarden von Jahren hinweg die gleiche Leuchtkraft haben wird wie jetzt. Am Beispiel der Aufdeckung des Quellengeheimnisses Solarenergie demonstrieren die Erkennbarkeit der Welt und ihrer Muster. Betonen Sie riesig praktische Bedeutung für den wissenschaftlichen und technischen Fortschritt bei der Entdeckung von Helium in der Sonne und der thermonuklearen Energiequelle der Sonne.
3. Entwicklung: Heben Sie das Wesentliche im Thema der Lektion hervor: Im Gegensatz zu den Planeten und ihren Satelliten, Asteroiden und Kometen ist die Sonne ein selbstleuchtender Himmelskörper, der Licht und Wärme aussendet, was die Schüler für das Relevante interessiert problematische Situationen. Zeigen Sie am Beispiel solarer Energiequellen den untrennbaren Zusammenhang zwischen den Phänomenen des Mikro- und Makrokosmos auf.

Wissen:
Stufe I(Standard) - eine Vorstellung von der Quelle der unerschöpflichen Energie der Sonne und der inneren Struktur haben.
II. Stufe- eine Vorstellung von der Quelle der unerschöpflichen Energie der Sonne, der inneren Struktur und den Methoden der Energieübertragung aus der Tiefe an die Oberfläche haben.
In der Lage sein:
Stufe I(Standard) – Führen Sie Energieberechnungen mithilfe der Einstein-Formel durch.
II. Stufe- Energieberechnungen anhand der Einstein-Formel durchführen und die Parameter Druck und Temperatur mit der Tiefe annähern.

Ausrüstung: Tabellen: Die Sonne, die Struktur der Sonne. Schema einer thermonuklearen Reaktion. CD - „Red Shift 5.1“. PKZN. Grafiken von TsOR (unten), um eine Vorstellung von der Quelle der unerschöpflichen Energie der Sonne und ihrer inneren Struktur zu bekommen. eine Vorstellung von der Quelle der unerschöpflichen Energie der Sonne, der inneren Struktur und den Methoden der Energieübertragung vom Inneren zur Oberfläche haben.

Interdisziplinäre Verbindungen: Physik (thermonukleare Reaktionen, Elementarteilchen, Massendefekt, die Rolle von Helium in der Atomphysik, Ionisierung von Atomen usw.), Chemie (Elemente). Periodensystem Mendeleev - Wasserstoff und Helium, a.m.u.), Mathematik (Berechnungen, die zur Lösung von Problemen erforderlich sind).

Während des Unterrichts:

ICH Studentenbefragung.

An der Tafel:	1. Chromosphäre. 2. Photosphäre 3. Sonnenkorona und Aktivität. 4. Problem Nr. 3 (S. 118, ein Objekt Ø = 45.000 km ist mit bloßem Auge sichtbar, ein Fleck von der Größe der Erde ist jedoch nicht sichtbar.)
Ausruhen:	Was kann man durch ein Teleskop auf der Sonne sehen? [Flecken, Fackeln, Vorsprünge]. Welche Rotationsrichtung hat die Sonne? [in Richtung der Bewegung der Planeten]. Was ist Sonnenparallaxe? Wie oft ist die Sonne mehr als die Erde?[109 Mal]. Was ist effektive Temperatur Die Sonne? . Warum ist ein Sonnenfleck dunkler als die Photosphäre? [niedrigere Temperatur]. Welche Atmosphärenschicht sehen wir auf der Sonne? [Photosphäre]. Wie oft muss die Größe der Sonne vergrößert werden, damit sich die Leuchtkraft verdoppelt? . Wie lange dauert die Sonnenaktivität? . Helle riesige Vorsprünge und Bögen (Materieemissionen der Sonne in die Chromosphäre) – [Protuberanzen]. Der Grund für das Auftreten von Granulat in der Sonne. [Konvention]. Die Winkelgröße (scheinbarer Durchmesser) der Sonne beträgt [≈30 / =0,5 0 ]. Wie ist der physikalische Zustand der Materie auf der Sonne? [Plasma]. Ein idealer Emitter ist ein Energieabsorber [schwarzer Körper]. Der Grund für die Flecken? [Magnetfeldkonzentration].
Aufgabe:	Wie groß ist die Strahlungsleistung pro 1 kg Sonnenmaterie? ( N=L/M = 3,876. 10 26 / 2. 10 30≈1,94. 10 -4 W)

II Neues Material

1. Quelle der Sonnenenergie.
Gibt L ab? =3,876 . 10 26 J/s – enorme Energieverluste. Erhaltungssatz → von dort aus wird Energie wieder aufgefüllt und in Strahlung umgewandelt.
Im Jahr 1931 Hans Albrecht Bethe weist darauf hin, dass die Energiequelle in Sternen die Kernfusion ist. 1937 entdeckte er die thermonukleare Reaktion und baute 1939 in der Arbeit „Energieerzeugung in Sternen“ eine quantitative Theorie der Kernprozesse im Inneren von Sternen auf, indem er eine Kette (einen Zyklus) von Kernreaktionen fand, die zur Heliumsynthese führten. (Nobelpreisträger). Im Inneren der Sonne (Sterne) ist H ionisiert – d.h. in Form von Protonenkernen 1 1 N. Bei sehr hoher Geschwindigkeit (bei T>10 Millionen K) rücken die Protonen unter Überwindung elektrischer Abstoßungskräfte etwas näher zusammen, so dass Kernkräfte ins Spiel kommen und eine Reaktion (thermonuklear) beginnt mit der Freisetzung von Energie. Auf der Sonne sind zwei Gruppen solcher thermonuklearer Reaktionen möglich: der Proton-Proton-(Wasserstoff-)Zyklus und der Kohlenstoff-Zyklus (Bethe-Zyklus). Es ist am wahrscheinlichsten, dass auf der Sonne der Proton-Proton-Zyklus vorherrscht:
1 Н+ 1 Н→ 2 D+é + +ν(Positron + Neutrino + Deuterium + 2,2 MeV).
2 D+ 1 H> 3 He+γ(Gammaquant+Tritium+ 5,5 MeV).
3 He+ 3 He→ 4 He+ 1 H+ 1 H(Helium + Proton + Proton + 12,8 MeV) und alles noch einmal, d.h. Im Inneren der Sonne (Sterne) verbrennt Wasserstoff und verwandelt sich in Helium (aus 4 1 H-Kernen entsteht der 4 He-Kern).
Dabei wird enorme Energie freigesetzt. Berechnen wir zum Beispiel die Energiefreisetzung bei der „Verbrennung“ von 1g Wasserstoff.

Weil M? =2. 10 30 kg, dann wird H weitere 150 Milliarden Jahre brennen, aber nur 0,1 M werden im Zentrum brennen? Daher wird die Sonne noch etwa 5 bis 7 Milliarden Jahre lang brennen. Alle Arten von Strahlung tragen pro Sekunde etwa 4 Millionen Tonnen mit sich. Die freigesetzte Energie übersteigt die wöchentliche Stromproduktion des gesamten Kraftwerks Globus und ist vergleichbar mit der Energie von Erdbeben und Hurrikanen.

Neutrino - Ein Elementarteilchen, das bei einer thermonuklearen Reaktion entsteht, dringt ungehindert durch Sterne und Planeten. Indem Sie sie mit Neutrinoteleskopen (tief unter der Erde, über Wasser) registrieren, können Sie in das Innere der Sonne „blicken“. Neutrinoteleskope gibt es in der Homestake-Mine (South Dakota, USA), in Japan (Kamiokande-System), am Baikalsee und anderen. Im Jahr 2001 entdeckte das Sudbury Neutrino Observatory direkt solare Neutrinos von allen drei Sorten und ihr Gesamtdurchfluss entspricht nachweislich dem Standard Solarmodell. Gleichzeitig erweisen sich nur etwa ein Drittel der Neutrinos, die die Erde erreichen, als Elektronen. Diese Größe steht im Einklang mit der Theorie, die den Übergang von Elektron-Neutrinos in Neutrinos einer anderen Generation sowohl im Vakuum (eigentlich „Neutrino-Oszillationen“) als auch in Sonnenmaterie („Mikheev-Smirnov-Wolfenstein-Effekt“) vorhersagt. Damit ist das Problem der solaren Neutrinos nun offenbar gelöst.

2. Innere Struktur der Sonne.

Zusätzlich: Wie viel Energie würde freigesetzt, wenn die Sonne vollständig aus Wasserstoff bestünde und der gesamte Wasserstoff in Helium umgewandelt würde? Wie viele Jahre würde es genug Wasserstoff geben, um die aktuelle Leuchtkraft der Sonne aufrechtzuerhalten? (Lösung. Bei der „Verbrennung“ von 1 kg Wasserstoff werden ca. 6,3 10 14 J freigesetzt. Die Masse der Sonne beträgt 2 10 30 kg. Wenn wir davon ausgehen, dass die Sonne vollständig aus Wasserstoff besteht, dann ist die Verbrennung dieser Menge Wasserstoff würde 12,6 · 10 44 J freisetzen. Jedes Jahr emittiert die Sonne etwa 12,6 · 10 33 J. Daher würde Wasserstoff für 10 · 11 Jahre ausreichen, um die aktuelle Leuchtkraft der Sonne aufrechtzuerhalten (offensichtlich). Echtzeit Die Aufrechterhaltung der aktuellen Leuchtkraft der Sonne sollte unter dem erhaltenen Wert liegen.

Geändert 10.01.2010 des Jahres

„Planetarium“ 410,05 MB		Mit der Ressource können Sie sie auf dem Computer eines Lehrers oder Schülers installieren Vollversion innovativer pädagogischer und methodischer Komplex „Planetarium“. „Planetarium“ – eine Auswahl thematischer Artikel – ist für Lehrer und Schüler im Physik-, Astronomie- oder Naturwissenschaftsunterricht der Klassen 10-11 gedacht. Bei der Installation des Komplexes wird die Verwendung nur empfohlen englische Buchstaben in Ordnernamen.
Demomaterialien 13,08 MB		Die Ressource stellt Demonstrationsmaterialien des innovativen pädagogischen und methodischen Komplexes „Planetarium“ dar.
Planetarium 137,4 kb

Lektion 3/20

Präsentation im Detail

Thema: Energiequellen und innere Struktur der Sonne.

Während des Unterrichts:

ICH Studentenbefragung.

An der Tafel	1. Chromosphäre 2. Photosphäre 3. Sonnenkorona und Aktivität. 4. Aufgabe Nr. 3 (S. 118)
Ausruhen:	Diktat: Was kann man durch ein Teleskop auf der Sonne sehen? Welche Rotationsrichtung hat die Sonne? Was ist Sonnenparallaxe? Wie oft ist die Sonne größer als die Erde? Wie hoch ist die effektive Temperatur der Sonne? Warum ist ein Sonnenfleck dunkler als die Photosphäre? Welche Atmosphärenschicht sehen wir auf der Sonne? Wie oft muss die Größe der Sonne vergrößert werden, damit sich die Leuchtkraft verdoppelt? Wie lange dauert die Sonnenaktivität? Helle riesige Vorsprünge und Bögen (Emissionen von Materie von der Sonne in die Chromosphäre) sind der Grund für das Auftreten von Körnchen auf der Sonne. Winkelgröße (scheinbarer Durchmesser) der Sonne. Wie ist der physikalische Zustand der Materie auf der Sonne? Ein idealer Emitter ist ein Energieabsorber. Der Grund für die Flecken?
Aufgabe:	Wie groß ist die Strahlungsleistung pro 1 kg Sonnenmaterie?

II Neues Material.

1. Quelle der Sonnenenergie.

Emittiert Lʘ=3,876 . 1026 J/s sind ein enormer Energieverlust. Naturschutzrecht → Woher kommt die Energie, die in Strahlung umgewandelt wird?.

Im Jahr 1931 Hans Albrecht Bethe weist darauf hin, dass die Energiequelle in Sternen die Kernfusion ist. 1937 entdeckte er die thermonukleare Reaktion und baute 1939 in der Arbeit „Energieerzeugung in Sternen“ eine quantitative Theorie der Kernprozesse im Inneren von Sternen auf, indem er eine Kette (einen Zyklus) von Kernreaktionen fand, die zur Heliumsynthese führten.

Kette (Zyklus) Proton-Proton (obwohl es auch andere Zyklen gibt):

1 Í+1Í→2D+é++ν(Positron + Neutrino + Deuterium + 2,2 MeV).

2 D+1H>3He+γ(Gammaquant+Tritium+ 5,5 MeV).

3 Er+3He→4He+1H+1H(Helium+Proton+Proton+ 12,8 MeV)

Dabei wird enorme Energie freigesetzt. Berechnung der Energiefreisetzung bei der „Verbrennung“ Wasserstoff Es ist in Mode, mit Formeln zu arbeiten.

Da Mʘ = 2,1030 kg, dann brennt H noch 150 Milliarden Jahre, aber im Zentrum brennt nur 0,1 Mʘ, daher wird die Sonne noch etwa 5-7 Milliarden Jahre brennen. Alle Arten von Strahlung transportieren pro Sekunde etwa 4 Millionen Tonnen.

Neutrino - Ein Elementarteilchen, das bei einer thermonuklearen Reaktion entsteht, dringt ungehindert durch Sterne und Planeten. Indem Sie sie mit Neutrinoteleskopen (tief unter der Erde, über Wasser) registrieren, können Sie in das Innere der Sonne „blicken“.

2. Innere Struktur der Sonne.

	T=T(r) ρ=ρ (r)		Funktionen der Tiefe
Tagungsbereich - es kommt zu einer Vermischung. Die erhitzten Schichten steigen in die Photosphäre auf und weichen beim Abkühlen tieferen, stärker erhitzten Schichten. Strahlungszone– (von 0,3R bis 0,7R) Hier erfolgt der Prozess der Übertragung der vom Kern emittierten Energie auf die darüber liegenden Schichten durch wiederholte Absorption und anschließende erneute Emission mit einem allmählichen Anstieg der Wellenlänge und einem Abfall der Temperatur. Kern - im allgemein anerkannten theoretisches Modell Die Sonne (das sogenannte „Standardmodell“) geht davon aus, dass der überwiegende Teil der Energie durch Reaktionen der direkten Fusion von Wasserstoff unter Bildung von Helium erzeugt wird. Näherungsberechnungen können mit gewöhnlichen Formeln durchgeführt werden, indem eine Säule mit einer Fläche von identifiziert wird S Und h=R F=mg=ρVg=ρSRg. Aus dem Gesetz Universelle Schwerkraft G=GM/R2 . Dann das Gewicht der Säule P=ρSGM/R. Daher der Druck p=F/S=ρGM/R. Anwendung der Mendeleev-Clapeyron-Gleichung ( pV=(m/μ)RT) können Sie einen der Parameter berechnen: Druck, durchschnittliche Dichte, Temperatur, sofern andere bekannt sind.

3. Fixieren des Materials

1. Aufgabe: Wie viel Gewicht verliert die Sonne in 1 Minute?

2. Aufgabe: Welche Energie gelangt in den See? Sandy mit einer Fläche von 1,2 Quadratmetern. km, für 1 Minute bei klarem Wetter, wenn die Höhe der Sonne über dem Horizont 45o beträgt und 80 % der Sonnenenergie durch die Atmosphäre gehen? Wann steht die Sonne in dieser Höhe?

3. Aufgabe: Vergleichen Sie die Energiemenge, die bei einer Fackel freigesetzt wird, mit der Energiemenge, die bei der Explosion einer Megatonnenbombe (410 J) freigesetzt wird.

III. Endeffekt

1. Woher bezieht die Sonne ihre unerschöpfliche Energiequelle?

2. Was ist der Proton-Proton-Zyklus?

3. Wie berechnet man die von der Sonne emittierte Energie, den Massendefekt?

4. Wie ist die innere Struktur der Sonne?

5. Wie erfolgt die Energieübertragung vom Inneren zur Oberfläche?

6. Noten.

Zu Hause: §20, Fragen S. 122, PR Nr. 6

Zusätzlich: Wie viel Energie würde freigesetzt, wenn die Sonne vollständig aus Wasserstoff bestünde und der gesamte Wasserstoff in Helium umgewandelt würde? Wie viele Jahre würde es genug Wasserstoff geben, um die aktuelle Leuchtkraft der Sonne aufrechtzuerhalten?