Fusión nuclear
Durante el verano, disfruto hacer un fuego afuera y hacer s’mores. Quemo leños para que el fuego sea agradable y caliente. Después de terminar de comerme los s’mores y ganarme un par de caries más en los dientes, el fuego se apaga y queda ceniza.
Una estrella adulta, como nuestro sol, también quema algo para generar energía. Pero no son troncos de madera, por supuesto. Y este proceso también produce una especie de ceniza como resultado. La estrella utiliza un proceso llamado fusión nuclear para generar energía. La fusión nuclear es un proceso que combina núcleos para liberar energía. En términos muy simples, las estrellas queman hidrógeno y la ceniza que queda es helio.
Un equilibrio de fuerzas
Por supuesto, los detalles de la fusión nuclear son mucho más complejos, y otra lección llega al meollo de todo. Sin embargo, esta lección se enfocará ahora en cómo surge la fusión nuclear en primer lugar cuando se desarrolla una estrella.
Cuando una estrella comienza a formarse, se llama protoestrella. Esta protoestrella se forma a partir de densas nubes moleculares en el espacio. A medida que se forma, la nube molecular se condensa y contrae gracias a la fuerza de la gravedad, empujando la materia hacia el interior de la protoestrella en formación.
Entonces, la fuerza de la gravedad se puede ver cuando su mano empuja hacia abajo contra un gran resorte que descansa sobre la mesa. Pero la protoestrella no se condensa en un pequeño punto debido a la gravedad. Esto se debe a que aunque un resorte se contrae cuando lo empuja hacia abajo, lo empujará hacia arriba para resistir la fuerza de contracción. Eventualmente, se alcanzará un punto en el que no podrá comprimir más el resorte, pero tampoco podrá expandirse más debido a un equilibrio de fuerzas.
¿Cómo se mide la Distancia entre las Estrellas?
En una estrella, las fuerzas de equilibrio son la contracción gravitacional, la atracción hacia adentro de la gravedad y la presión hacia afuera de gases muy calientes. Esos gases están muy calientes y esa presión es muy alta, precisamente por la contracción gravitacional.
De nuevo, es como nuestra primavera. Su mano imita la contracción gravitacional cuando empuja hacia abajo sobre el resorte. Su mano fuerza al resorte a empujar hacia atrás, al igual que la gravedad obliga a los gases a calentarse y presurizarse, lo que resulta en un efecto de retroceso en la contracción gravitacional.
La presión hacia afuera de los gases calientes que equilibran la atracción de la gravedad hacia adentro se llama equilibrio hidrostático .
Cómo comienza la fusión nuclear
Finalmente, a medida que se forma la estrella, comienza la fusión nuclear y la estrella «se enciende», por así decirlo.
Pero, ¿cuándo en este proceso la fusión nuclear finalmente comienza a generar la energía en una estrella, y por qué en ese momento? La respuesta es: cuando la temperatura alcanza unos 10 millones de Kelvin. Esto es aproximadamente 18 millones de grados Fahrenheit. OK, bueno, bastante justo. Pero, ¿por qué la temperatura debe ser tan alta para que comience la fusión nuclear?
¿Qué es la Vía Láctea y cuántas estrellas contiene?
Esto se debe a que la ignición de la fusión nuclear depende de la colisión de núcleos de hidrógeno o protones de hidrógeno. Los protones tienen carga positiva.
En el amor decimos que los opuestos se atraen. Bueno, los protones no son opuestos. Todos están cargados positivamente. Y a pesar de que tienen un comportamiento alegre y positivo, no quieren estar cerca el uno del otro.
Estoy seguro de que ha tomado un par de imanes antes y los ha colocado de tal manera que, en lugar de pegarse entre sí, realmente se repelen entre sí. Eso es lo que sucede cuando dos protones se acercan. Pero dado que debemos combinar protones para iniciar la fusión nuclear, tiene que haber algo que obligue a estos tipos a combinarse. Cuando tenías esos dos imanes que se repelían, aplicabas una fuerza lo suficientemente grande como para que se tocaran entre sí, superando su repulsión.
Las altas temperaturas superan la repulsión que tienen los protones entre sí al chocarlos a velocidades muy altas. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la velocidad de colisión, mayor será la probabilidad de una reacción que inicie la fusión nuclear.
Resumen de la lección
Esta lección le explicó cómo comienza la fusión nuclear durante la formación estelar. La fusión nuclear es un proceso que combina núcleos para liberar energía. Comienza cuando la temperatura en una estrella alcanza aproximadamente 10,000,000 Kelvin. Esta temperatura se produce como resultado de la contracción gravitacional de una estrella en formación, lo que hace que sus gases se calienten y la presión aumente.
¿Qué es el Calor Latente de Fusión?
Esta misma presión eventualmente se vuelve lo suficientemente grande como para contrarrestar la fuerza de gravedad. La presión hacia afuera de los gases calientes que equilibran la atracción de la gravedad hacia adentro se llama equilibrio hidrostático .
Una consecuencia de las altas temperaturas acumuladas durante la formación estelar es la fusión nuclear. Las altas temperaturas significan que las partículas de un gas vuelan a velocidades vertiginosas. Los núcleos de hidrógeno , o protones de hidrógeno, son partículas cargadas positivamente que chocan para iniciar la fusión nuclear, aunque normalmente no quieren entrar en contacto entre sí. Pero las altas velocidades de colisión debido a las altas temperaturas los obligan a comenzar el proceso de fusión nuclear, después de todo.
Los resultados del aprendizaje
El conocimiento de los detalles de esta lección podría permitirle:
- Comprender el papel de la fusión nuclear en la formación de estrellas.
- Discutir el equilibrio de la gravedad y la presión en una estrella.
- Explica cómo los protones se juntan en la fusión nuclear.
- Recuerde la temperatura interna que es necesaria para iniciar la fusión nuclear en una estrella.
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