Hoofdstuk 11 Natuurkunde vwo 5
§11.1 Straling van sterren
Elektromagnetisch spectrum
De zon zendt zichtbaar licht, maar ook onzichtbare straling uit. Onder andere
uv-straling. Zichtbaar licht en uv-straling behoren tot het elektromagnetisch spectrum.
In Binas tabel 19B staat een overzicht van alle straling die tot dit spectrum behoort.
Het elektromagnetisch spectrum is uitgesplitst in 6 gebieden. Naar aflopende golflengte
zijn dit: radiogolven, infraroodstraling, zichtbaar licht, uv-straling, röntgenstraling en
gammastraling.
Verschuivingswet van Wien
De straling die een ster uitzendt, kun je weergeven in een stralingsspectrum. Hierin is de
intensiteit van het licht uitgezet tegen de golflengte.
Het spectrum van een ster voldoet aan de wet van Planck. Dat wil zeggen dat het
spectrum alleen afhangt van de massa of samenstelling van het voorwerp. Zo’n
stralingsspectrum heet een Planck-kromme. Zie Binas tabel 22.
De golflengte van het stralingsmaximum is omgekeerd evenredig met de absolute
temperatuur. Dit verband staat bekend als de wet van Wien.
De constante van Wien staat in Binas tabel 7A: kw = 2,8977721 ⋅ 10–3 m K
Koude sterren met oppervlaktetemperatuur lager dan 4000 K zenden vooral licht uit
met de golflengten groter dan 700 nm. Hierdoor ziet een koude ster er roodachtig uit.
Hetere sterren met een oppervlaktetemperatuur van 6500 K zenden vooral licht uit
met golflengten kleiner dan 500 nm. Ze zien er blauwachtig uit.
Wet van Stefan-Boltzmann
De oppervlaktetemperatuur van een ster bepaalt de kleur van het licht, maar ook de
hoeveelheid straling die de ster per tijdseenheid uitzendt. Dit is het uitgezonden
vermogen in Watt. Het hangt alleen maar af van de temperatuur en oppervlakte. Dat
verband heet de wet van Stefan-Boltzmann.
, De constante van Stefan-Boltzmann staat in Binas tabel 7A: 5,670373 ⋅ 10–8 W m–2 K–4.
Kwadratenwet
Elektromagnetische straling van sterren verspreidt zich in alle richtingen. Het
uitgezonden vermogen wordt daarbij verspreid over een steeds groter oppervlak. Het
bestraalde oppervlak neemt met het kwadraat van de afstand toe. Dit is de
kwadratenwet. Het uitgezonden vermogen per oppervlakte-eenheid noem je de
intensiteit van de ontvangen straling. Er geldt:
De intensiteit van elektromagnetische straling die vanaf de zon de aarde bereikt, heet
de zonneconstante. Op aarde is die 1,368 ⋅ 103 W m–2. Zie Binas tabel 32C.
Eenheden in de astrofysica
De gemiddelde afstand van het midden van de aarde tot het midden van de zon heet de
Astronomische Eenheid AE (Binas tabel 5). De afstand tot sterren kan je in veel
gevallen handig uitdrukken in AE. Een andere eenheid om afstanden in het heelal uit te
drukken is lichtjaar (Binas tabel 5). Massa’s van sterren kun je uitdrukken in aantal
zonmassa (Binas tabel 32C). Grootheden van de zon geef je vaak weer met index⊙ in
plaats van indexzon. Het uitgezonden vermogen heet in astrofysica de lichtkracht L (van
de zon in Binas tabel 32 C).
§11.2 Sterren classificeren
Evolutie van de sterren
Wanneer in een gaswolk massa samenklontert onder invloed van gravitatiekracht,
wordt dit gravitatie-contractie genoemd. Hierbij komt energie vrij. Bij samenklontering
van voldoende massa ontstaat er een gasbol die protoster wordt genoemd. Deze
bestaat voornamelijk uit waterstofgas. De energie die vrijkomt tijdens de
gravitatie-contractie wordt onder andere omgezet in kinetische energie van de
gasmoleculen. De temperatuur stijgt dus van de gasbol. In de loop van miljoenen jaren
verzamelt de protoster steeds meer massa. Op een gegeven moment worden de druk
§11.1 Straling van sterren
Elektromagnetisch spectrum
De zon zendt zichtbaar licht, maar ook onzichtbare straling uit. Onder andere
uv-straling. Zichtbaar licht en uv-straling behoren tot het elektromagnetisch spectrum.
In Binas tabel 19B staat een overzicht van alle straling die tot dit spectrum behoort.
Het elektromagnetisch spectrum is uitgesplitst in 6 gebieden. Naar aflopende golflengte
zijn dit: radiogolven, infraroodstraling, zichtbaar licht, uv-straling, röntgenstraling en
gammastraling.
Verschuivingswet van Wien
De straling die een ster uitzendt, kun je weergeven in een stralingsspectrum. Hierin is de
intensiteit van het licht uitgezet tegen de golflengte.
Het spectrum van een ster voldoet aan de wet van Planck. Dat wil zeggen dat het
spectrum alleen afhangt van de massa of samenstelling van het voorwerp. Zo’n
stralingsspectrum heet een Planck-kromme. Zie Binas tabel 22.
De golflengte van het stralingsmaximum is omgekeerd evenredig met de absolute
temperatuur. Dit verband staat bekend als de wet van Wien.
De constante van Wien staat in Binas tabel 7A: kw = 2,8977721 ⋅ 10–3 m K
Koude sterren met oppervlaktetemperatuur lager dan 4000 K zenden vooral licht uit
met de golflengten groter dan 700 nm. Hierdoor ziet een koude ster er roodachtig uit.
Hetere sterren met een oppervlaktetemperatuur van 6500 K zenden vooral licht uit
met golflengten kleiner dan 500 nm. Ze zien er blauwachtig uit.
Wet van Stefan-Boltzmann
De oppervlaktetemperatuur van een ster bepaalt de kleur van het licht, maar ook de
hoeveelheid straling die de ster per tijdseenheid uitzendt. Dit is het uitgezonden
vermogen in Watt. Het hangt alleen maar af van de temperatuur en oppervlakte. Dat
verband heet de wet van Stefan-Boltzmann.
, De constante van Stefan-Boltzmann staat in Binas tabel 7A: 5,670373 ⋅ 10–8 W m–2 K–4.
Kwadratenwet
Elektromagnetische straling van sterren verspreidt zich in alle richtingen. Het
uitgezonden vermogen wordt daarbij verspreid over een steeds groter oppervlak. Het
bestraalde oppervlak neemt met het kwadraat van de afstand toe. Dit is de
kwadratenwet. Het uitgezonden vermogen per oppervlakte-eenheid noem je de
intensiteit van de ontvangen straling. Er geldt:
De intensiteit van elektromagnetische straling die vanaf de zon de aarde bereikt, heet
de zonneconstante. Op aarde is die 1,368 ⋅ 103 W m–2. Zie Binas tabel 32C.
Eenheden in de astrofysica
De gemiddelde afstand van het midden van de aarde tot het midden van de zon heet de
Astronomische Eenheid AE (Binas tabel 5). De afstand tot sterren kan je in veel
gevallen handig uitdrukken in AE. Een andere eenheid om afstanden in het heelal uit te
drukken is lichtjaar (Binas tabel 5). Massa’s van sterren kun je uitdrukken in aantal
zonmassa (Binas tabel 32C). Grootheden van de zon geef je vaak weer met index⊙ in
plaats van indexzon. Het uitgezonden vermogen heet in astrofysica de lichtkracht L (van
de zon in Binas tabel 32 C).
§11.2 Sterren classificeren
Evolutie van de sterren
Wanneer in een gaswolk massa samenklontert onder invloed van gravitatiekracht,
wordt dit gravitatie-contractie genoemd. Hierbij komt energie vrij. Bij samenklontering
van voldoende massa ontstaat er een gasbol die protoster wordt genoemd. Deze
bestaat voornamelijk uit waterstofgas. De energie die vrijkomt tijdens de
gravitatie-contractie wordt onder andere omgezet in kinetische energie van de
gasmoleculen. De temperatuur stijgt dus van de gasbol. In de loop van miljoenen jaren
verzamelt de protoster steeds meer massa. Op een gegeven moment worden de druk
