1 / 42

MasterLab Energie Het mysterie van massa

MasterLab Energie Het mysterie van massa. Piet Mulders. mulders@few.vu.nl. http://www.nat.vu.nl/~mulders. ENERGIE. opwekken. E = mc 2. transporteren. massa. De zon produceert per seconde een gigantische hoeveelheid energie.

hermione-demetra
Download Presentation

MasterLab Energie Het mysterie van massa

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. MasterLab EnergieHet mysterie van massa Piet Mulders mulders@few.vu.nl http://www.nat.vu.nl/~mulders

  2. ENERGIE opwekken E = mc2 transporteren massa • De zon produceert per seconde een gigantische hoeveelheid energie. • Daarvan bereikt een deel de aarde, met name als licht, gemiddeld zo’n 175 Watt per m2 • In Nederland verbruiken we per inwoner een kleine 10 kiloWatt • De basisbehoefte van ons lichaam is 75 Watt, vergelijkbaar met een gloeilamp opslaan misbruiken gebruiken * De eenheid van energie is de Joule. 1 Watt is 1 Joule per seconde

  3. Enkele van de keywords • Jo van den Brand • Bouwstenen & elementaire deeltjes • Krachten, i.h.b. zwakke kracht & kernfusie • Antimaterie en het ontbreken daarvan in het heelal • Raoul Frese • Energiebalans op aarde • Problemen en mogelijke oplossingen • Zonne-energie via fotosynthese ENERGIE MASSA … WAT ZIJN DE CONCEPTEN HIERBIJ?

  4. Basisconcepten: Massa, energie, (impuls) http://www.nat.vu.nl/~mulders P.J. Mulders

  5. Energie en massa E = mc2 of m = E/c2 Massa is niets anders dan de energie in het stilstaande object Massa correspondeert met ontzettend veel energie! • Energieverbruik in NL is ongeveer 10 kiloWatt (kW) per inwoner • Dat is per jaar 104 x 30 x 106 x 16 x 106 = 5 x 1018 Joule (J) • Dat correspondeert met een massa van (maar) 55 kg! Lichtsnelheid: c = 3 x 108 m/s = 300 000 km/s

  6. m = 1,000 000 000 0046 kg Energie en massa E = mc2 of m = E/c2 Massa is niets anders dan de energie in het stilstaande object Energie correspondeert met heel weinig massa! • Koken van 1 liter water (vanaf 0o C) kost 420 kiloJoule • Dat correspondeert met 0,0046 mg! Lichtsnelheid: c = 3 x 108 m/s = 300 000 km/s

  7. Impuls en energie • Een bewegend object met snelheid 0  v  c heeft meer energie maar ook impuls (hoeveelheid van beweging) • Als v klein is (t.o.v. c): p = mv of p/v = m • Exact: p/v = E/c2 Bewegend object Lichtsnelheid: c = 3 x 108 m/s = 300 000 km/s

  8. v = 180 km/h = 50 m/s m = 1800 kg E/c2 = 1800,000 000 000 025 = 1800 kg + 0,025 mg p/c = 0,3 g 2,25 MJoule Energie, impuls en massa Wat voor een gegeven object de energie en impuls is hangt af van de snelheid van een object en een intrinsieke eigenschap namelijk de rust-energie mc2 Voor licht (m = 0): E = pc

  9. m = 1,000 000 000 0046 kg Energie en massa E = mc2 of m = E/c2 Massa is niets anders dan de energie in het stilstaande object Energie van alle bewegende atomen draagt bij aan de massa (d.w.z. rustenergie mc2) van de liter kokend water. Lichtsnelheid: c = 3 x 108 m/s = 300 000 km/s

  10. Massa versus energie en impuls Zonder externe invloed (krachten): • veranderen energie en impuls niet Via krachten • kan energie worden overgedragen (slepen) • kan impuls worden overgedragen (stoten) Totaal van energie en impuls zijn behouden (maar massa niet!) Niets voor niets!

  11. Sterren als de zon halen energie uit kernfusie: 4 H  He + 2 e + 2  + energie Kernfusie Per seconde zet de zon 570 000 000 000 kg waterstof om in helium De energie (en impuls) zijn daarbij behouden De massa van de zon neemt per seconde af met 4 300 000 000 kg! Hans Bethe

  12. ENERGIE opwekken E = mc2 transporteren massa • De zon produceert per seconde een gigantische hoeveelheid energie. • Daarvan bereikt een deel de aarde, met name als licht, gemiddeld zo’n 175 Watt per m2 • In Nederland verbruiken we per inwoner 6 kiloWatt • De basisbehoefte van ons lichaam is 75 Watt, vergelijkbaar met een gloeilamp opslaan misbruiken gebruiken * De eenheid van energie is de Joule. 1 Watt is 1 Joule per seconde

  13. Energiebalans in atmosfeer

  14. 10 kW/persoon Wereldenergieverbruik (binnenkort): 1011 kW = 100 TW = 30 x 1020 J/jr • Van zon komt: 1400 W/m2 • middelen over aarde 25% • 50% bereikt aardoppervlak • Efficiëntie van foto-elektrische cellen is 10%. • Blijft over ca. 20 W/m2 Oppervlakte met foto-elektrische cellen is 500 m2/persoon oftewel 5 000 000 km2 (Libya, Tsjaad & Algerije)

  15. Van macro naar micro: opbouw van materie Theorie Experiment Toepassing http://www.nat.vu.nl/~mulders P.J. Mulders

  16. Materie MATERIE

  17. Materie MATERIE ELEKTRON ATOOM 10-10 m 0,000 000 000 1 m

  18. Het periodiek systeem

  19. In wereld van kleine (fotosynthese, atomen, moleculen) werken we met 1 eV = 1,6 x 10-19 J • Aantal atomen in macroscopisch sample Navogadro = 6 x 1023 • Dus heel andere energieschalen Nav x 1 eV = 100 kJ (lichaamsverbruik/dag is 8000 kJ) MATERIE MATERIE ELEKTRON ELEKTRON ATOOM 10-10 m ATOOM 10-10 m NEUTRINO ATOOMKERN 10-14 m proton/neutron Materie • In wereld van atoomkernen zijn de energieen MeV’s = 106 eV’s • Dus macroscopisch Nav x 1 MeV = 100 GJ (~ totale energieverbruik van een persoon/jaar)

  20. Atoomkernen & sterke kracht Eiland van stabiliteit

  21. Atoomkernen & zwakke kracht • Isotopen • Radioactiviteit alpha beta gamma Na 15 min. Enrico Fermi

  22. Neutrino’s Leon Lederman

  23. Bouwstenen van de subatomaire wereld NUCLEONEN LEPTONEN

  24. MATERIE MATERIE ELEKTRON ELEKTRON ATOOM 10-10 m ATOOM 10-10 m NEUTRINO NEUTRINO ATOOMKERN 10-14 m ATOOMKERN 10-14 m < 0,000 000 000 000 000 001 m NUCLEON proton/neutron 10-15 m NUCLEON proton/neutron 10-15 m QUARK up/down Materie

  25. d d u u u d proton neutron nucleonen 20 Ton = 2 x 105 N Bouwstenen van materie QUARKS LEPTONEN Massa komt voor circa 98% uit energie ten gevolge van opsluiting door sterke kracht!

  26. Massa en ruimte-tijd http://www.nat.vu.nl/~mulders P.J. Mulders

  27. rotatiesnelheden in galaxies zware massa trage massa = omloopstijden en afstanden (planeten, dubbelsterren) versnelling ac bij cirkelbeweging zwaartekracht Massa en zwaartekracht … onafhankelijk van m !!

  28. GEEN KROMMING POSITIEVE KROMMING NEGATIEVE KROMMING Massa: kromming van ruimte • zonder kracht: rechtlijnige beweging • zwaartekracht wordt gevoeld door massa • massa bepaalt ook mate van respons (equivalentieprincipe) Algemene relativiteitstheorie: Beweging in zwaartekrachtveld is rechtlijnige beweging in een t.g.v massa gekromde ruimte

  29. voorbeeld: kosmische gravitatielens

  30. Massa en energie in het heelal http://www.nat.vu.nl/~mulders P.J. Mulders

  31. Massa en energie in het heelal sterren 73% 23% Normalematerie: sterren (0.4%)

  32. Massa en energie in het heelal stof 73% 23% Donkere baryonische materie (3.5%) Normalematerie: sterren (0.4%)

  33. Massa en energie in het heelal donkere massa 73% Koude donkere materie 23% Donkere baryonische materie (3.5%) Normalematerie: sterren (0.4%)

  34. Een blik diep in het heelal

  35. Materie en gas in bullet cluster Optisch Röntgenstraling

  36. Materie en gas in bullet cluster Optisch Gravitationeel

  37. Materie en gas in bullet cluster

  38. Sterren (1-2%) • Heet gas van geladen deeltjes dat botst en wordt afgeremd (5-15%) • Een heleboel donkere materie dat net als de stelsels alleen gravitatie voelt (> 80%) 4700 km/s 720 kpc

  39. Massa- en energie-verdeling in heelal Rotatie van melkwegstelsels Gravitatielenzen Achtergrondstraling

  40. Massa en energie komt en gaat we weten er veel van … … maar het blijft mysterieus LHC Kosmos

More Related