Astronomija

Baltųjų nykštukų ir anglies alotropų cheminės reakcijos

Baltųjų nykštukų ir anglies alotropų cheminės reakcijos


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Baltieji nykštukai daugiausia susideda iš anglies ir deguonies. Mano nuomone, jie yra per karšti, kad šie elementai būtų molekulinės formos, todėl nevyksta cheminės reakcijos (manau, susidaręs CO2 taip pat suirs esant tokiai aukštai temperatūrai ir slėgiui). Turiu su tuo susijusius du klausimus:

1) Ar po kelių milijardų metų WD gali pakankamai atvėsti, kad išlaikytų chemines reakcijas, dėl kurių susidarys CO2.

2) Atsižvelgiant į tai, kad po kelių milijardų metų yra labai aukštas slėgis ir temperatūra, koks bus vyraujantis anglies alotropas (ar ateityje danguje turime deimantų;)

Aš labai abejoju, atsižvelgdamas į ypatingą baltųjų nykštukų tankumą (manau, kad baltųjų nykštukų tankumas laikui bėgant nesikeis), jei kuris nors iš scenarijų yra įmanomas.


Baltieji nykštukai yra Žemės dydžio objektai, tačiau jų masė panašesnė į Saulę. Tipinis vidinis tankis yra nuo $ 10 ^ {9} $ iki $ 10 ^ {11} $ kg / m $ ^ {3} $.

Baltieji nykštukai gimsta kaip besimptotinių milžiniškų šakų žvaigždžių, kurios nėra pakankamai įkaitusios, kad inicijuotų anglies sintezę, šerdis. Jų pradinė centrinė temperatūra yra $ sim 10 ^ {8} $ K, kuri dėl neutrino emisijos greitai (milijonus metų) nukrinta iki kelių USD 10 ^ {7} $ K.

Svarbu atkreipti dėmesį į tai, kad po to baltojo nykštuko interjeras yra beveik izoterminis. Taip yra todėl, kad degeneruoti elektronai, palaikantys slėgį, taip pat pasižymi itin ilgais vidutiniais laisvaisiais keliais sklaidai sąveikai ir todėl šilumos laidumas yra ypač didelis.

Baltojo nykštuko išorė yra 100 vėsesnis nei interjeras. Temperatūros kritimas vyksta per labai ploną apvalkalą (galbūt 1% baltosios nykštukės išorinės dalies), kur degeneracinės dujos virsta ne degeneracinėmis paviršiuje.

Šis išorinis sluoksnis veikia kaip izoliacinė antklodė ir labai ilgina baltųjų nykštukų aušinimo laiką. Nuo vidaus temperatūrų, tarkime, 3 USD x 10 ^ {7} $ K, reikia maždaug milijardo metų, kad atvėstų iki 5 USD kartų 10 ^ {6} $ K, o tada dar 10 milijardų metų atvėsinti iki maždaug 10 USD ^ {6} $ K ir tokie balti nykštukai, kurie turėjo atsirasti iš pirmųjų žvaigždžių, gimusių nuo 5 iki 8 saulės masės pirmtakų, bus šauniausi balti nykštukai galaktikoje.

Esant tokioms temperatūroms nėra galimybės, kad anglis vyktų cheminėmis reakcijomis, ji yra visiškai jonizuota; anglies ir deguonies branduoliai yra šių tankių kristalinėje gardelėje, apsupti degeneruotų elektronų dujų. Ten yra įrodymai, kad kai kurių pulsuojančių masyvių baltų nykštukų asteroseismologija vyksta kristalizacija.

Šių objektų kristalinės struktūros detalės nežinomos ir teorinio tyrimo objektas. Tačiau deimantas yra gryna anglis, o baltieji nykštukai turėtų būti anglies ir deguonies mišinys. Dar viena komplikacija yra ta, kad kristalizacijos procesą gali lydėti anglies ir deguonies gravitacinis atskyrimas, todėl vidinė šerdis turi daugiau deguonies nei išorinė šerdis.

Pirminės idėjos buvo, kad kristalinė forma būtų į kūną nukreipta kubinė (bcc), tačiau anglies ir deguonies mišinys atveria kitas sudėtingesnes galimybes. bcc anglis būtų naujas anglies alotropas, o ne kaip deimantas - tai tankesnis branduolių išdėstymo būdas.

REDAGUOTI: Norėdami atsakyti į komentarų tašką. Net jei lauktumėte trilijonų metų ir leistumėte baltiems nykštukams atvėsti iki tūkstančių ar net šimtų laipsnių, kurie, jūsų manymu, leistų elektronams rekombinuotis ir atsirastų chemijai, tai ne taip veikia. Degeneruotose elektronų dujose tipinė elektronų Fermi energija yra maždaug MeV, palyginti su surištų elektronų būsenų eV-keV, ir tai visiškai nepriklauso nuo temperatūros. Taigi dideli elektronų skaičių tankiai užtikrina, kad jie niekada nebesusijungs su anglies branduoliais (teoriją pirmą kartą sukūrė Kothari 1938).


Baltųjų nykštukų ir anglies alotropų cheminės reakcijos. Astronomija

Ankstesniuose puslapiuose mes apsvarstėme ankstyviausius Dievo kūrybos etapus. Jis atvedė visatą į nuostabų energijos pliūpsnį, paskui ištiesė dangų, kad atvėsintų liepsnojantį vandenį į vandenilio dujas, ir galiausiai panaudojo sunkumą vandenilio dujoms paversti žvaigždėmis ir galaktikomis. Tačiau tai buvo tik jo kūrybos pradžia. Kaip matome toliau, žvaigždės vaidino svarbų vaidmenį Dievo ir rūpesčio plane sukurti gyvenimo buveinę. Biologiniam gyvenimui reikalingi planetiniai namai ir įvairūs cheminiai elementai, kurių nė vieno nebuvo ankstyvojoje visatoje. (Kaip galite prisiminti iš ankstesnio šio skyriaus, nukleosintezės laikotarpis, įvykęs netrukus po Didžiojo sprogimo, truko nepakankamai ilgai, kad daug vandenilio paverstų sunkesniais elementais.) Norėdami suprasti procesus, kuriuos Dievas paskyrė paruošti namus gyviems padarams, turime ištirti, kas atsitinka, kai žvaigždės pasensta ir miršta.

Konvekcinės srovės iš saulės ir rsquos interjero į paviršių perneša karštesnę medžiagą, kuri nuolat išsiveržia didžiuliais žybsniais, kai perkaitinta plazma kaip burbuliukai išsiveržia verdančio vandens puode. Kadangi plazma yra laidi elektrai, saulė taip pat kunkuliuoja galingais elektriniais ir magnetiniais laukais, kurie sukelia hipnotizuojantį poveikį.

Jaunos žvaigždės yra varomos vandenilio branduolio sintezės, kuri lėtai virsta heliu per procesą, vadinamą vandenilio deginimu. Vandenilis iš tikrųjų nėra deginimas žinoma, įprasta prasme. Procesas, vadinamas „vandenilio deginimu“, nėra cheminė reakcija, tai yra sudėtinga branduolinių reakcijų ir radioaktyviųjų skilimo procesų serija, kaip matėme 5 skyriuje:

Iš pradžių vandenilis deginamas šalia žvaigždės centro, kur slėgis ir temperatūra yra didžiausi. Spinduliuotės ir konvekcijos srovės perneša šilumą į paviršių, kur plazma šiek tiek atvėsta, kai išskiria energiją šviesos pavidalu. Žvaigždės šiame ankstyvajame gyvenimo etape vadinamos todėl, kad jos guli išilgai kreivės, vadinamos & ldquomain seka & rdquo & mdaša diagramoje, kurią astronomai naudoja skirtingų tipų žvaigždėms klasifikuoti. Pagrindinė žvaigždės ir gyvenimo būdo fazė trunka ilgai, paprastai milijardus metų. Saulė degė beveik penkis milijardus metų ir vos įpusėjo vandenilio tiekimas! Tačiau galiausiai vandenilio kuras yra išeikvotas. Kas bus toliau, priklauso nuo žvaigždės masės.

Hertzsprung-Russell diagrama

Skirtingiems žvaigždžių tipams klasifikuoti naudojama Hertzsprung-Russell diagrama. Vertikali ašis rodo ryškumą (absoliutų ryškumą). Horizontali ašis nurodo spalvų indeksą (spektrinę klasę), nurodantį žvaigždės ir paviršiaus temperatūrą. Objekto temperatūra lemia jo skleidžiamos šiluminės spinduliuotės spalvas, kaip matėme 2 skyriuje. Kiekvienas taškas šiame grafike reiškia žvaigždę, kurios šviesumas ir spalvų indeksas buvo išmatuoti.

Žvaigždės masė dažnai išreiškiama vadinamaisiais vienetais. Viena saulės masė yra lygi saulės masei, maždaug 1,99 ir 10 30 kg. Mažiausiai masyvios žvaigždės yra nuo 0,01 iki 0,5 saulės masės ir, kitaip tariant, nuo 1 iki 50% saulės masės. Kadangi raudonųjų nykštukų masė yra palyginti maža, jų vidinė temperatūra ir slėgis yra vos tokie aukšti, kad išlaikytų branduolio sintezę. Vandenilio virtimas heliumi vyksta lėtai, taip lėtai, kad raudona nykštukinė žvaigždė gali trukti trilijonus metų, nepritrūkusi degalų! Niekas tiksliai nežino, kas nutinka raudonajam nykštukui, kai baigiasi degalai, nes to niekada nebuvo pastebėta: net ir seniausiems raudoniesiems nykštukams vis dar liko daug vandenilio.

„Proxima Centauri“: raudonasis nykštukas

Artimiausia žvaigždė „Proxima Centauri“ yra raudonasis nykštukas. Nors iki jo yra tik keturi šviesmečiai, jis yra per silpnas, kad būtų galima pamatyti be teleskopo. Raudonieji nykštukai yra labiausiai paplitusios žvaigždės galaktikoje, tačiau plika akimi nematyti nė vienos.

Šiek tiek didesnės žvaigždės, kaip ir saulė, vandenilį greičiau paverčia heliu. Galų gale šerdyje yra per mažai vandenilio, kad būtų išlaikyta sintezės reakcija. Išorinis slėgis šerdyje mažėja, kai branduolinė krosnis apmiršta, o vidinė traukos jėga išspaudžia šerdį mažesnę. Šis suspaudimas pakelia pagrindinę temperatūrą dar karštesnę, nei ji buvo pagrindinės sekos fazėje, tokia karšta, kad jos šiluma uždegė naują sintezės reakciją plonu vandenilio sluoksniu, supančiu helio šerdį. Energijos sprogimas iš šio vandenilį deginančio sluoksnio kartu su papildoma šiluma iš žlungančios šerdies sukelia išorinius žvaigždės sluoksnius balionu į išorę. Šiame etape žvaigždė yra žinoma kaip. Kai saulė taps raudona milžine, ji išsipūs taip didelis, kad jos paviršius apims Merkurijaus, Veneros, o gal net Žemės orbitas! (Don & rsquot panika. Tai nutiks dar penkis milijardus metų, ir žemė niekada nebuvo numatyta kaip mūsų nuolatiniai namai. Žemė nėra mūsų nuolatiniai namai, kaip paaiškino Jėzus (Jono 14), ir yra keletas Raštų įrodymų, kad net pati fizinė visata nugalės amžinai. Žr., pavyzdžiui, Izaijo 34: 4 ir Apreiškimo 6:14.)

Raudonosios milžinės fazės pabaigoje vis tankesnė šerdis tampa pakankamai karšta, kad helis sulydytų į berilį, o paskui į anglį per daugybę reakcijų, vadinamų, taip pavadintomis, nes tris alfa daleles (helio-4 jonus) paverčia viena anglimi. atomas:

Kai kurie anglies atomai taip pat susilieja su heliu, kad susidarytų deguonis, o jei žvaigždė turi pakankamai masės, gali susidaryti vis dar sunkesni elementai. Šios reakcijos įvyksta greitai ir išleidžia didžiulius energijos pliūpsnius. Mirštanti žvaigždė pradeda trauktis ir sprogdina išorinius sluoksnius, apnuogindama mažą, bet intensyviai karštą šerdį. Išstumtų dujų debesys plečiasi į išorę nuo žvaigždės, žvaigždės vėjo varomi toliau į kosmosą. Rezultatas yra nedidelis ūkas, vadinamas a. Planetiniai ūkai neturi nieko bendro su tikrosiomis planetomis, tačiau astronomams, kurie XVIII amžiuje pirmą kartą juos stebėjo per mažos galios teleskopus, jie atrodė kaip planetos.

Išoriniams žvaigždės sluoksniams išsisklaidžius į kosmosą, lieka tik plika šerdis. Šiame etape žvaigždė vadinama a. Baltasis nykštukas yra milijoną kartų mažesnis (pagal tūrį) nei saulė ir apie Žemės dydį & mdashyet, jis yra taip tankiai suspaustas, kad gali sverti iki 1,4 saulės masės. Žvaigždė yra & ldquodead & rdquo ta prasme, kad visos branduolinės reakcijos vyko savo vėžėmis, tačiau ji ir toliau spindi milijonus ar milijardus metų, kai šilumos likučiai skleidžia energiją.

Pravarde „Dievo akys“ ir „spiralės ūkas“ yra vienas iš artimiausių planetinių ūkų. Akies formos dulkių ir dujų debesis yra išstumiamas iš centrinės žvaigždės, kai ji pereina nuo raudonojo milžino prie baltojo nykštuko. Mėlyna spalva centrinėje srityje yra deguonis, fluorescuojantis ultravioletinėje šviesoje nuo žvaigždės. Netoli kraštų esančios rausvos spalvos yra vandenilio ir azoto. Daugiau informacijos apie spiralės ūką rasite čia. Autoriai: NASA, ESA ir C.R. O'Dellas (Vanderbilto universitetas) Ši sudėtinė nuotrauka buvo sukurta iš Hablo kosminio teleskopo darytų nuotraukų 2003 m. Originali nuotrauka yra čia. Šiek tiek pakoregavau spalvas, kad jos atitiktų šią matomos šviesos nuotrauką, padarytą antžeminiu teleskopu. Kai kurioms žvaigždėms taip pat pridedu objektyvo apšvietimo efektus.

Tai yra tipiškas žvaigždės, esančios tarp 0,5 ir 8 saulės masių, likimas: raudonos milžinės fazės pabaigoje jie išmeta išorinius sluoksnius, o paskui lėtai nyksta kaip balti nykštukai. Žvaigždės, sunkesnės už aštuonias saulės mases, daro kažką dramatiškesnio: jos linkusios sprogti, kol pasiekia baltojo nykštuko stadiją! Tam tikromis sąlygomis baltos nykštukinės žvaigždės taip pat gali sprogti. Abiejų tipų sprogimai sukelia sunkesnius elementus, reikalingus, kad Visata būtų tinkama gyvenamoji vieta, kaip mes matome kitame puslapyje.


Fotosintezė

Frankas Krahmeris / „Getty Images“

Augalai anglies dioksidą ir vandenį paverčia maistu (gliukoze) ir deguonimi vykdo cheminę reakciją, vadinamą fotosinteze. Tai viena iš labiausiai paplitusių kasdienių cheminių reakcijų, taip pat viena iš svarbiausių, nes taip augalai gamina maistą sau ir gyvūnams ir anglies dvideginį paverčia deguonimi. Reakcijos lygtis yra:


Baltųjų nykštukų ir anglies alotropų cheminės reakcijos. Astronomija

Saulė gimė kovoje tarp vidinės traukos jėgos ir išorinio radiacijos slėgio. Nei vienas priešininkas nelaimėjo kovos, nes pergalė yra pusiausvyros jėgos. Gravitacija laikė naująją žvaigždę kartu. Vandenilio suliejimas į helį suteikė energijos, kurios išorinė jėga nesulaikė žlugimo. Mūsų Saulė nėra nekintanti, nepaisant to, ji išlaikė šią pusiausvyrą daugiau nei keturis su puse milijardo metų.

Vandenilio deginimas
Kartu su daugeliu žvaigždžių, kurias matome naktiniame danguje, Saulė yra a pagrindinė seka žvaigždė, jos branduolyje degindama vandenilį. Tai nedega, nes dega anglis, o tai yra cheminė reakcija. Vandenilio deginimas yra branduolinė reakcija, kurios metu keturi vandenilio branduoliai susijungia ir sudaro vieną helio branduolį. Helio branduolio masė yra mažesnė nei keturių vandenilio branduolių, nes reakcijos metu dalis masės virsta energija. Garsioji Einšteino lygtis E = mc 2 pasako mums, kiek energijos. Tai masė ir šviesos greitis kvadratu. Tai daug energijos.

Vis dėlto Saulės vandenilis nebus amžinas. Kas tada atsitiks?

Korpuso vandenilio deginimas
Panaudojus šerdyje esantį vandenilį, branduolinės reakcijos sustoja. Nebėra radiacijos slėgio, kuris subalansuotų traukos jėgą. Šerdis pradeda mažėti. Tai yra pagrindinės sekos pabaiga, tačiau tai nėra žvaigždės pabaiga.

Dėl gravitacinio žlugimo išsiskiria nemaža šiluma - štai kaip kūdikis Saulė pakankamai įkaista, kad visų tų milijardų metų pradžioje būtų pradėta branduolio sintezė. (Žr. Straipsnį gStarbirth h). Kai šerdis griūva, ji suteiks pakankamai šilumos, kad galėtų pradėti apvalkalas vandenilio deginimas. The apvalkalo sluoksnis yra Saulės sluoksnis, esantis tiesiai už šerdies.

Raudonas milžinas
Saulė, kurią dabar žinome, yra klasifikuojama kaip geltonasis nykštukas. Kai jis išeis iš pagrindinės sekos, jo šerdis taps mažesnė ir tankesnė, tačiau išoriniai sluoksniai išsiplės dėl degančio lukšto radiacijos slėgio. Didesnis jo dydis padarys jį ryškesnį. Tačiau jo temperatūra nukris, nes energija pasiskirsto didesniame plote. Tai taps a raudonas milžinas.

Merkurijų ir Venerą prarys besiplečianti Saulė. Žemė gali likti, bet gyvybė ne, nes jūros išvirs ir pluta ištirps.

Kai žlunganti šerdis bus pakankamai karšta, staiga sprogs energija, vadinama a helio blyksnis. Susiliejus heliui šerdyje, ims gamintis anglis ir deguonis. Tai išskiria daugiau energijos nei vandenilio sintezė, todėl pasiekiama nauja pusiausvyra tarp karštesnės šerdies spinduliuotės ir didesnės žvaigždės gravitacijos. Helį deganti Saulė dar labiau išsipūs ir tęsis iki dabartinės Marso orbitos.

Helio deginimas truks apie 100 milijonų metų - nieko panašaus, kaip milijardus metų deginant vandenilį. Jūsų organizme esanti anglis ir deguonis, kuriuo kvėpuojate, iš pradžių kilo iš raudonos milžiniškos žvaigždės, kuri mirė seniai.

Kai nebeliks helio, vėl prasidės šerdies griūtis. Saulė nėra pakankamai masyvi, kad pasiektų anglies deginimui reikalingą temperatūrą, todėl tai beveik pabaiga.

Planetinis ūkas
Vis dėlto tai dar ne viskas. Yra daug matomų priminimų apie paskutinius tokios žvaigždės kaip Saulė etapus. Įspūdingiausias yra a planetinis ūkas.

Raudonojo milžino šerdis subyra į mažą sferą, tačiau išoriniai sluoksniai išstumiami, kai gravitacinė šerdies trauka atlaisvina savo tvirtumą šiuose tolimuose sluoksniuose. Kiti veiksniai, tokie kaip žvaigždės chemija ir jos magnetinis laukas, dujas formuoja žiedais arba įvairiomis nuostabiomis formomis, pavyzdžiui, Hablo kosminio teleskopo nuotrauka iš Katės akies ūko. Ūkas šviečia, nes jį maitina žlungančios šerdies šiluma.

Planetinis ūkas neturi nieko bendro su planetomis. XVIII amžiaus astronomas Williamas Herschelis, matydamas savo teleskopu kai kuriuos iš šių ūkų, pamatė diską, panašų į planetų, ir šis vardas užstrigo.

Baltasis nykštukas
Bet kas iš susitraukusios šerdies? Jis neturi branduolinių reakcijų, palaikančių jį prieš sunkumą, tačiau jis nesugriūna į nieką. Tai sudaro liekaną, vadinamą a baltasis nykštukas. Nors ji turi žvaigždės masę, ji nėra daug didesnė už Žemę. Paprastos materijos taip suspausti negalima, tačiau baltasis nykštukas yra pagamintas iš egzotiškos materijos, kurios nematyti Žemėje. Jei galėtumėte jo surinkti šaukštelį, jis svertų apie penkiolika tonų.

Kai Saulė bus balta nykštukė, ji bus pagaminta iš anglies ir deguonies bei degeneruoti elektronai. Būtent šios neįprastos būklės elektronai palaiko baltąjį nykštuką nuo tolesnio griūties. Žlugusioje žvaigždėje gravitacijos bandymui juos vis labiau sutriuškinti atsispiria išorinis spaudimas elektronų degeneracijos slėgis. Tai galų gale atlieka darbą, kai nėra branduolinių reakcijų, kad būtų galima atsispirti gravitacijos traukai.

Juodasis nykštukas
Nors baltasis nykštukas negamins šilumos, iš gravitacijos žlugimo iš pradžių jis labai karštas - todėl jis yra baltas. Po to nebebus ką veikti, išskyrus šaunų. Kai ji spinduliuos visą savo šilumos energiją, beliks šalta, tamsi anglies, deguonies ir degeneruotų elektronų sfera. Tačiau baltieji nykštukai atvėssta taip lėtai, kad Visata nėra pakankamai sena, kad nė vienas iš jų dar netaptų juodaisiais nykštukais.

Turinio autorių teisės ir kopija 2021 m., Autorė Mona Evans. Visos teisės saugomos.
Šį turinį parašė Mona Evans. Jei norite bet kokiu būdu naudoti šį turinį, jums reikia rašytinio leidimo. Norėdami gauti išsamesnės informacijos, susisiekite su Mona Evans.


Nauja cheminė reakcija galėtų paaiškinti, kaip žvaigždės formuojasi, vystosi ir galiausiai žūva

Šiaurės Dakotos universiteto mokslininko Marko Hoffmanno „Žvaigždžių paieškos“ versija nueina ilgą kelią - labai ilgą kelią - į Visatą.

Kompiuterinis chemikas Hoffmannas ir jo kolegos Tryve'as Helgakeris, žinomas norvegų mokslininkas, ir bendraautoriai E.I. Tellgrenas ir K. Lange'as, taip pat dirbantys Norvegijoje, atrado molekulinio lygio sąveiką, kurios mokslas sukėlė galvosūkį dešimtmečius, bet niekada nematė.

Pasirodo, tas atradimas gali iš naujo apibrėžti, kaip mokslas vertina cheminių junginių susidarymą. Tai taip pat atsako į klausimus, kas vyksta tokiose vietose kaip baltieji nykštukai, super tankūs žvaigždžių šerdys, artėjant jų gyvenimo ciklui.

"Mes atradome naują cheminio sujungimo tipą", - sakė Hoffmannas, žinomas visame pasaulyje dėl savo novatoriško darbo cheminių junginių susidarymo teorijoje ir kompiuteriniame modeliavime.

"Tai gana drąsus teiginys, bet aš nejuokauju! Tai visiškai naujas cheminio klijavimo tipas, anksčiau mokslui nežinomas."

Hoffmannas ir jo kolegos perrašė cheminių taisyklių knygą, kad įvertintų, kas vyksta naktiniame danguje. Tai yra atsakymas į nesenstančius klausimus, pavyzdžiui, kaip žvaigždės formuojasi, vystosi ir galiausiai miršta.

Jų darbas taip pat suteikia paslaptį, kaip kai kurie junginiai susidaro tolimoje visatoje. Šis reikšmingas atradimas pateikiamas neseniai paskelbto žurnalo numerio straipsnyje Mokslas.

„Mūsų atradimas skirtas vienai iš astrofizikos paslapčių apie baltųjų nykštukų žvaigždžių spektrą“, - sakė Hoffmannas. „Baltųjų nykštukų spektras yra neįprastas, manoma, kad juos sukelia polimerizuotas vandenilis ir helis, kurių, žinoma, nėra Žemėje.

- Tai įmanoma ten, nes baltųjų nykštukų magnetiniai laukai yra keliais dydžiais didesni už viską, kas gali atsirasti Žemėje.

Artimiausias baltasis nykštukas Sirijus B yra silpnas dvynis ryškiausiai nakties dangaus žvaigždei Siriui A. Jis yra maždaug tokio pat dydžio kaip mūsų saulė, tačiau daug tankesnis jo vidutinis tankis yra 1,7 metrinės tonos kubiniame centimetre arba apie 3000 svarų, suspaustų į cukraus kubo dydžio dėžutę.

Hoffmannas ir jo komanda apibūdino magnetiniu būdu sukeltą medžiagų sujungimo procesą. „Buvo spekuliacijų, kad šis reiškinys turėtų egzistuoti, tačiau niekas neturėjo įrodymų ir niekas neturėjo teorinės struktūros ir skaičiavimo įrankių, kol tai aprašė, kol aš aprašiau procesą“, - sakė jis.

Žemėje net iš drąsiausių karinių eksperimentų gaunama gal 1000 Tesla smailė - magnetinės jėgos matas (šaldytuvo magnetai sukuria tūkstantąją vienos Teslos dalį). Tačiau, pavyzdžiui, „Sirius B“ magnetiniai laukai yra maždaug 200 000–400 000 „Tesla“, kad pakaktų iššūkiui elektroninei sąveikai, vyraujančiai chemijoje ir medžiagų moksle, kurį mes žinome Žemėje.

Tokie didžiuliai magnetiniai laukai tiesiogiai keičia atomų susijungimo būdą ir gali pakeisti cheminę tikrovę, kurią mes žinome Žemėje.

"Tai, ką turėjome prieš tai atradę, iš esmės buvo popieriaus ir pieštuko modelis visatoje. Palyginti su tuo, kas yra tokiose vietose kaip baltos nykštukinės žvaigždės, magnetiniai laukai, kuriuos galime čia sukurti - net su stipriausi magnetai - apgailėtini “.

„Skaičiavimo būdu modeliavome elgesį, kurį teoretizavome, remdamiesi visuotinai taikomais fiziniais principais“, - sakė Hoffmannas.

Komandos kompiuterinis modelis patvirtino jų teoriją. Dabar astrofizikams tenka išbandyti modelį senamadišku žvaigždžių stebėjimu.


Stiklinė anglis

Stiklinė anglis arba stiklakūnio anglies yra negrafitizuojančios anglies klasė, plačiai naudojama kaip elektrodo medžiaga elektrochemijoje, taip pat aukštos temperatūros tigliams ir kaip kai kurių protezavimo įtaisų sudedamoji dalis.

Pirmą kartą jį pagamino Bernardas Redfernas 1950-ųjų viduryje „The Carborundum Company“ laboratorijose, Mančesteryje, JK. Jis užsibrėžė sukurti polimero matricą, kad atspindėtų deimanto struktūrą, ir atrado dervos (fenolio) dervą, kuri, specialiai paruošus, sukietėtų be katalizatoriaus. Naudojant šią dervą buvo pagaminta pirmoji stiklinė anglis.

Stiklinės anglies paruošimas reiškia, kad organiniai pirmtakai apdorojami termiškai iki 3000 ° C temperatūros. Skirtingai nuo daugelio negrafitizuojančių anglių, jie nepralaidūs dujoms ir yra chemiškai itin inertiški, ypač paruošti esant labai aukštai temperatūrai. Įrodyta, kad deguonies, anglies dvideginio ar vandens garuose tam tikrų stiklinių anglies oksidacijos laipsniai yra mažesni nei bet kurios kitos anglies. Jie taip pat yra labai atsparūs rūgščių poveikiui. Taigi, nors įprastas grafitas koncentruotų sieros ir azoto rūgščių mišiniu kambario temperatūroje redukuojamas į miltelius, stiklinis anglis tokio apdorojimo neturi įtakos net po kelių mėnesių.


Baltųjų nykštukų ir anglies alotropų cheminės reakcijos. Astronomija

* Šviesios pagrindinės sekos žvaigždės yra masyvesnės nei silpnos pagrindinės sekos žvaigždės

B & # 9 milžinai yra masyvesni nei pagrindinės sekos žvaigždės

C & # 9 milžinai yra masyvesni nei baltieji nykštukai

D & # 9 pagrindinės sekos žvaigždės yra masyvesnės už baltąsias nykštukes

Prieš mirtį vandenyje savo branduoliuose netrūksta

* B & # 9 visuomet degina anglį savo šerdyse

Niekada nedeginkite helio savo šerdyse

Niekada nedeginkite vandenilio savo šerdyse

E & # 9 baigia savo gyvenimą dalydamiesi urano

Tokių žvaigždžių nėra

* Netoliese esantis dujų debesis sugriuvo ir suformavo naują žvaigždę

B & # 9a netoliese esantis dujų debesis, kad susidarytų planetinis ūkas

C ir # 9 kitos netoliese esančios žvaigždės taps neutroninėmis žvaigždėmis ar juodosiomis skylėmis

D & # 9 kitos netoliese esančios žvaigždės gali sprogti kaip supernovos

* Jose visos gyvenimo žvaigždės praleidžia didžiąją savo gyvenimo dalį

„B & # 9“ žvaigždės gimė visai neseniai

C & # 9 kitos žvaigždės nėra pavaizduotos HR diagramoje

D & # 9 kitos žvaigždės yra labai silpnos ir sunkiai įžiūrimos

Kitos žvaigždės neleidžia joms palikti įstrižainės

& # 9 yra tarp ryškiausių mums žinomų žvaigždžių

B & # 9skaičiuoja masės ir skaisčio santykį

C & # 9palaiko laikotarpio ir ryškumo santykį

* D & # 9 dažnai skleidžia radijo bangas dviem siaurais spinduliais

Norint atsakyti, reikia daugiau informacijos

& # 9a plokščias medžiagos diskas aplink protostar

* B & # 9 - besiplečiantis dujų apvalkalas aplink mirštančią žvaigždę

C & # 9. Planetos išgaravimas, kai žvaigždė tampa raudona milžine

D & # 9žvaigždės, kurios dydis yra labai mažas, galutinė būsena

E & # 9 yra diskas aplink planetą

A & # 9helis susilieja į anglį ir išsiskiria energija

* B & # 9 vandenilis susilieja į helį ir išsiskiria energija

Susidaro C & # 9žvaigždinės molekulės

D & # 9žvaigždiniai debesys pradeda žlugti ir formuoti žvaigždes

A & # 9prostarinės žvaigždės etapas yra labai trumpas

B & # 9 juos supa dujų ir dulkių kokonai

C ir # 9 jie daugiausia spinduliuoja infraraudonaisiais spinduliais

Jie visi yra taip toli, kad šviesa dar nepasiekė mūsų

A & # 9 elektronai pereina iš ketvirtojo į antrąjį energijos lygį

B & # 9 elektronai pereina iš antrojo į ketvirtą energijos lygį

C ir # 9protonai neutraliame helyje keičia savo sukimąsi

* D & # 9 elektronai neutraliame vandenilyje keičia savo sukimąsi

E ir # 9 vandenilio atomai prideda antrą elektroną, kad susidarytų H

Naudojant infraraudonųjų spindulių teleskopus jonizuotoms dujoms aptikti debesyse

Panaudokite rentgeno teleskopus, kad stebėtumėte debesyje esančių molekulių rentgeno spinduliuotę

* C & # 9 radijo teleskopais stebi debesų CO emisiją

D & # 9 ieškodamas mėlynų šnipštų regionų šalia žvaigždžių spiečių

E & # 9 ieškodami vandenilio 21 cm spinduliuotės

I. yra didžiausia ultravioletinėje spindulyje.

II. yra didžiausias infraraudonųjų spindulių spinduliuose.

III. sukelia jonizuotas vandenilis.

IV. sukelia dulkių dalelės.

E & # 9jo amžius negali būti įvertintas pagal HR diagramą

A & # 9, nes helis yra sprogus ir jo negalima kontroliuoti įvykus branduolinėms reakcijoms

* B & # 9, nes degeneruoti elektronai šerdyje neleidžia šerdžiui išsiplėsti, kai ji įkaista


FIZIKOS IR ASTRONOMIJOS KATEDRA

Vienas patikimas būdas fizikui sukelti gyvas diskusijas beveik bet kuriame susirinkime yra cituoti serą Ernestą Rutherfordą (1871–1937), branduolinį fiziką ir Nobelio premijos laureatą), kuris kartą pasakė, kad „Visas mokslas yra arba fizika, arba pašto ženklų rinkimas. "

Viena vertus, ši citata yra aiškiai nuotaikinga karikatūra, ypač atsižvelgiant į tai, kad Rutherfordas laimėjo savo Nobelio premiją chemijos, o ne fizikos srityje! Kita vertus, gudrybės humoras tikrai priklauso nuo jo gudraus nurodymo į tikrai skiriamą fizikos aspektą: fizika yra plačiausia iš mokslų ir labiau nei bet kuri kita siekia kuo universaliau paaiškinti gamtos pasaulį.

Vienintelis fizikų tyrimo mastas yra akinantis: astrofizikai tyrinėja galaktikas taip toli nuo Žemės, kad jų atstumui (myliomis) po paskutinio skaitmens reikia 22 nulių, o dalelių fizikams - tokios lengvos subatominės dalelės, kad jų svoriui (uncijomis) reikia 35 nulių. prieš pirmąjį skaitmenį! Optiniai fizikai naudoja ultragarsinę lazerinę spektroskopiją, kad tiesiogiai stebėtų atomus, dalyvaujančius cheminėse reakcijose, trunkančiose tik milijoną milijardo sekundės sekundės. Tuo tarpu koridoriuje jų kolegos gali tirti duomenis apie kitas mūsų galaktikos saulės sistemas, kad geriau suprastų, kaip Žemė pati susiformavo prieš 4,2 milijardo metų. Nėra kito mokslo, kuris apimtų tokį platų laiko, erdvės ir materijos diapazoną kaip fizika.

Kitas skiriamasis fizikos bruožas yra pagrindinių žinių akcentavimas. Buvo sakoma, kad periodinė elementų lentelė yra chemija, tačiau suprasti, kodėl elementai pirmiausia sudaro periodinę lentelę, yra fizika. Fizikai ieško paslėptų simetrijų, kuriomis grindžiamas gamtos pasaulis, ir bando jas išreikšti kuo universalesniais terminais. Pavyzdžiui, netiesinės dinamikos srities tyrimai atskleidė, kad chaotiškas širdies smūgio paciento, kuriam pasireiškia sunki aritmija, širdies ritmas turi lygiai tokias pačias matematines savybes kaip ir nesandarus maišytuvas, įstrigęs pusiaukelėje tarp įjungimo ir išjungimo, kuris nepaprastai purškia . Tai, kad akcentuojamas žvilgsnis į paviršių, yra puikus bet kurio studento mokymas, neatsižvelgiant į tai, ar jis fiziką, ar astronomiją laiko savo profesija.

Šiuolaikinė fizika

Fizikos ribos šiandien yra (labai) sudėtingų sistemų, „minkštosios“ materijos, nanodalelių sistemų, dalelių fizikos, kvantinės optikos ir kvantinio susipynimo srityse. Mūsų katedroje yra dėstytojai, dirbantys visose šiose srityse. Nanodydžių fizikoje mes tiriame tokius dalykus kaip minkštųjų organinių medžiagų įtempimas atominiame lygmenyje, kai laikosi kietų medžiagų, ir kaip vieno domeno magnetinių nanodalelių (ty maždaug nanometro pločio dalelių) įmagnetinimo dinamika gali prisidėti prie patobulintos magnetinės medžiagos įrašymo technologija.

Mūsų dalelių fizikos fakultetas dirba su daugeliu esminės svarbos problemų, viena iš įdomesnių yra vadinamųjų „neutrino virpesių“ paieška. Trumpai tariant, daugelis fizikų mano, kad tam tikra subatominių dalelių klasė, žinoma kaip neutrinai, judėdama neišlaiko pastovios tapatybės, o sukasi tarp skirtingų „skonių“ ir # 8211, panašiai kaip automobilis, kuris yra arba „Ford“, ir „Honda“. arba „Saab“, atsižvelgiant į tai, kiek toli jis nuvažiavo. (Ši problema paskatino Japonijos fizikus 3300 pėdų po žeme pastatyti 136 pėdų aukščio ir 145 pėdų neutrino detektorių, talpinantį 50 000 litrų vandens ir 11 200 fotorezistoriaus vamzdelių. Tokių ekstremalių prietaisų reikia, nes neutrinai yra labai sunku aptikti.)

Šiaurės vakaruose mes dirbame prie projekto, kurio rezultatas bus intensyvus neutrinų pluoštas, nukreiptas tiesiogine prasme per Žemę, nuo Fermilabo čia, Čikagoje, iki požeminės aptikimo kameros, esančios maždaug už 600 mylių senoje Soudano kasykloje netoli Duluth, Minesota! Jei tai pavyks, projektas nulems, ar neutrinai „svyruoja“, ar ne, ir jei taip, kaip greitai jie tai daro.

Šiuolaikinė astronomija

Šiandien yra bene įdomiausias laikas istorijoje būti astrofiziku. Technologiniai proveržiai, tokie kaip milžiniškų teleskopų adaptyvi optika (leidžianti jiems aiškiai matyti pro Žemės atmosferos mirguliavimą), orbitoje skriejantys kosminiai detektoriai ir prietaisai bei itin tikslūs matavimo metodai, pakeitė mūsų galimybes ištirti Visatą. Tik per pastarąjį dešimtmetį aptikome daugybę naujų planetų, skriejančių aplink šalia esančias žvaigždes, ir atradome, kad „įprasta“ materija (tokia, kokia esame mes) sudaro tik apie 15% Visatos masės. (Kiti 85 proc. Yra paslaptinga, vadinamoji „tamsioji materija“.)

Šiems reiškiniams tirti mūsų astrofizikos fakultetas naudoja rentgeno, ultravioletinius, optinius, infraraudonųjų spindulių ir radijo teleskopus, esančius beveik visur: Čilėje, Arizonoje, Havajuose, kosminėje erdvėje, net Pietų ašigalyje. (Mes turėjome tris pagrindinius fizikos pagrindinius studentus atlikti nepriklausomus tyrimus Pietų ašigalyje, padėdami profesoriui Gilesui Novakui atlikti magnetinio lauko tyrimą Paukščių Tako galaktikos centre.)

Mūsų teorinės astrofizikos fakultetas tiria egzotiškus objektus, tokius kaip juodosios skylės, neutronų žvaigždės ir baltosios nykštukinės žvaigždės, apskaičiuodamos jų savybes naudodamos tam tikras prielaidas, tada lygindamos jas su eksperimentiniais stebėjimais. „Oficialus“ šios mokslinių tyrimų grupės logotipas rodo baltą nykštukinę žvaigždę, skriejančią apie milžinišką raudoną žvaigždę, o tankus nykštukas milžiniškame sūkuryje traukia dujas iš raudonos žvaigždės krašto. Taip yra todėl, kad tokių objektų yra, ir galų gale, kai ant baltos nykštukinės žvaigždės pasipila per daug masės, nykštukas subyra ir tada susprogdina šimto milijardų Saulių energija. Such events are called supernovas, and they generate the heavy elements that make up ourselves and the Earth.

After Northwestern

The emphasis in physics and astronomy is always squarely on analytical thinking: the formulation of relevant questions, careful examination of the data, testing of alternative hypotheses, and the rigorous give-and-take of logical debate and discussion. These skills can serve students well in virtually any career, including research and development, medicine, law, journalism, computer science, business, and education. In addition, the strong emphasis upon the use of mathematics and computers allows physics/astronomy majors to move easily into any number of quantitative fields.

Historically, about 60% of the physics majors at Northwestern have chosen to pursue advanced degrees after graduation. Most of these degrees are in physics and astronomy, but include many other disciplines: law, business, medicine, and engineering. On average, physics majors score high on the MCAT and higher than other undergraduate majors on the LSAT (more data is available here). A rapidly growing area of graduate interest is medical physics, including nuclear medicine and diagnostic technology. 

Nationwide, over 90% of the students who pursue PhDs in physics or astronomy are fully supported as either research or teaching assistants throughout their entire graduate careers. They receive full tuition waivers and monthly stipends in return for part-time teaching or research. The very low cost of obtaining a graduate degree in physics or astronomy is one of the major incentives that leads the majority of physics bachelors to enter PhD programs. Afterwards, most PhDs enter careers in basic research in universities, government, or industry.

A recent survey of Northwestern physics/astronomy undergraduate alumni who chose not to attend graduate school revealed a remarkable diversity of career paths. The largest group, about 24% of the total, had become self-employed entrepreneurs, mostly in the areas of computer and engineering consulting. Other employment paths included industrial research and development, business management (often in technological companies), computing, government public-policy research, law, engineering, medicine, the military (with technical/engineering duties), technical sales (such as very expensive, very complex CAT-scan equipment), high-school teaching, accounting, museum or library work, police forensics, nonprofit social work, freelance writing, veterinary medicine, and stock brokerage.

Contact Information for the Director of Undergraduate Studies

Director of Undergraduate Studies
Professor Nate Stern
Phone Number:  847-467-0625
Office: Tech F245
E-mail: [email protected]

or, if Prof. Stern is not available:

Samantha Westlake, Undergraduate Program Assistant
Phone Number: 847-491-7650
Office: Dearborn 3A

Please submit inquiries to Samantha Westlake.


How does carbon dioxide react with limewater ?

Carbon dioxide reacts with limewater to form calcium carbonate, which precipitates out of the solution.

Paaiškinimas:

The reaction between limewater, which is a solution of calcium hydroxide, #"Ca(OH)"_2# , and carbon dioxide will result in the formation of an insoluble solid called calcium carbonate, #"CaCO"""_3# .

#Ca(OH)_(2(aq)) + CO_text(2(aq]) -> CaCO_(3(s)) darr + H_2O_((l))#

The solution will turn milky due to the fact that calcium carbonate is a white precipitate. This reaction is actually used to test for the presence of carbon dioxide.

An unknown gas is bubbled through a solution of calcium hydroxide - if the solution turns cloudy, then the unknown gas is carbon dioxide.

If you continue to bubble the carbon dioxide through the limewater another acid - base reaction occurs which results in the precipitate dissolving to give soluble calcium hydrogen carbonate:

This is how naturally ocurring acid rain is able to chemically erode limestone resulting in cave formation.

When this solution evaporates the reverse reaction occurs resulting in the formation of stalactites and stalagmites.

Read more about this reaction here:

A cool video on this reaction:


A “diamond-like star” in the lab. Diamond-like glass

Tantalizing information about a possible existence of diamond stars has recently refocused attention of the scientific community on the basic properties of carbon-rich planets and stars. Since the carbon-rich star types are known for a usual presence of oxygen, it is not clear how carbon and oxygen can co-exist under extreme PT-conditions at a C/O < 1 atomic ratio. Therefore, the significance of the fact that the “star” PT-conditions (7000–13,000 K, 40 GPa) have been reached and sustained for a relatively long period of time in the oxygen-rich medium of the continuously laser heated diamond anvil cell, resulting in an optically transparent carbon glass (diamond-like glass) and, subsequently, oxygen-rich solid carbon synthesis, is hard to overestimate. Moreover, our results suggest that pure carbon can co-exist with oxygen under the extreme PT-conditions and have potential to open up a new technological way for production of novel super-refractory alloys and materials.


Žiūrėti video įrašą: Cheminių reakcijos lygčių išlyginimas (Vasaris 2023).