Systematische Natuurkunde VWO 6 hoofdstuk 11: Astrofysica - samenvatting

Hoofdstuk 11 Astrofysica

§1 Straling van sterren

Het elektromagnetisch spectrum is opgesplitst in zes gebieden. Naar
aflopende golflengte en oplopende frequentie zijn dit radiogolven,
infraroodstraling, zichtbaar licht, ultravioletstraling, röntgenstraling en
gammastraling. Alle vormen van elektromagnetische straling planten zich
voort met de lichtsnelheid (c in m/s). De formule voor de golfsnelheid:

c=f ⋅ λ

De straling die een ster uitzendt kan worden weergegeven in een
stralingsspectrum. In een stralingsspectrum is de intensiteit van het
licht uitgezet tegen de golflengte. Een bepaalde golflengte in het spectrum
heeft de grootste intensiteit. Deze golflengte wordt aangeduid met λmax.
Dit is de golflengte die het meest wordt uitgezonden. Met behulp van de
wet van Wien is deze golflengte te bepalen:

kw
λ max=
T

De temperatuur van het oppervlak van een ster bepaalt bij welke
golflengte er een piek in het stralingsspectrum optreedt. Het spectrum van
een ster voldoet aan de wet van Planck: het spectrum van een ster
hangt alleen af van de temperatuur, en niet van de massa/samenstelling
van het voorwerp. Daarom wordt het spectrum van een ster ook wel een
Planck-kromme genoemd. De pieken van het stralingsspectrum
verschuiven met de temperatuur van het uitstralend lichaam (bv. een
ster).

Uit de wet van Wien valt te herleiden dat relatief koude sterren vooral licht
uitzenden met relatief hoge golflengten. Hierdoor ziet een koude ster
(<4000 K) er roodachtig uit (>700 nm). Relatief hete sterren zenden
vooral licht uit met een relatief kleine golflengte, en zien er daarom
blauwachtig uit.

De oppervlaktetemperatuur van een ster bepaalt naast de golflengte (en
daarmee de kleur van het licht), ook de hoeveelheid straling die de ster
per tijdseenheid uitzendt. Dit wordt het uitzendend vermogen genoemd
(Pbron in Watt). Het uitzendend vermogen hangt alleen af van de
temperatuur en van de oppervlakte van het uitstralend lichaam. Dit wordt
weergegeven in de wet van Stefan-Boltzmann:
4
Pbron=σ ⋅ A ⋅T


De intensiteit van de ontvangen straling is het uitgezonden vermogen
per oppervlakte-eenheid. De elektromagnetische straling afkomstig van

, sterren verspreidt zich in alle richtingen. Het uitzendend vermogen wordt
daardoor verspreid over een steeds groter oppervlak. Het bestraalde
oppervlak neemt namelijk elke keer toe met de kwaadraat van de afstand.
Dit wordt kwadratenwet genoemd. Voor de intensiteit geldt

I =P bron/4 π r 2

De gemiddelde afstand van het midden van de aarde tot het midden van
de zon heet de Astronomische Eenheid (AE). Door de ellipsvormige baan
van de aarde om de zon, varieert de waarde van deze afstand. In BINAS-
tabel 5 staat een gemiddelde waarde van AE. Afstanden van sterren
kunnen makkelijk worden uitgedrukt in AE.
Een andere eenheid om afstanden in het heelal uit te drukken is lichtjaar.
Lichtjaar is de afstand die het licht in één jaar aflegt. Ook deze is te vinden
in BINAS-tabel 5.
De massa’s van sterren kun je uitdrukken in zonmassa’s. De massa van de
zon is te vinden in BINAS-tabel 32C.
Het uitgezonden vermogen heet in de astrofysica de Lichtkracht (L in
Watt).




§2 Sterren classificeren

Een gravitatie-contractie is het samenklonteren van massa in een
gaswolk onder invloed van de gravitatiekracht. Bij samenklontering van
voldoende massa ontstaat er een gasbol die protoster wordt genoemd.
De energie die vrijkomt tijdens de gravitatie-contractie wordt onder
andere omgezet in kinetische energie van de gasmoleculen. Een protoster