Si el sol está hecho principalmente de hidrógeno inflamable, ¿cómo es que el sol no se quema de una vez?

¡El sol no arde de la forma que imaginas!

Hay tantas cosas mal con la idea, es difícil saber por dónde empezar. La buena noticia es que, al revisar cada uno de ellos, ¡tienes la oportunidad de aprender muchas cosas! jajaja

En primer lugar, el Sol existe en el vacío del espacio. Entonces, si alguna reacción química tuviera lugar en el Sol, tendría que ocurrir usando los materiales encontrados en el Sol. Como podemos ver con precisión los colores y esos colores nos dicen de qué están hechas las cosas y cuánto, sabemos cuántos materiales hay en el sol.

Aquí está la composición química del sol;

https://arxiv.org/pdf/0909.0948

El sol es 70.4% de hidrógeno, 0.756% de oxígeno

En segundo lugar, el combustible y el oxígeno deben existir en cierta proporción para quemar. Si hay demasiado oxígeno y no hay suficiente combustible, la mezcla es demasiado magra para quemar. Si hay demasiado combustible y no hay suficiente oxígeno, la mezcla es demasiado rica para quemar.

Aquí están los límites de explosión de las mezclas de hidrógeno / oxígeno;

Límites de explosión de mezclas de hidrógeno / oxígeno a presiones iniciales de hasta 200 bar

En términos generales, esto varía de 4% a 94% de oxígeno necesario para apoyar la combustión. Al 0,756%, la mezcla es demasiado rica para soportar la combustión química.

Tercero, la cantidad de energía producida por el Sol requiere mucho más hidrógeno del que existe en el Sol. La luminosidad solar actual es de 3.848 × 10 ^ 26 vatios de potencia. A 141.83 GJ / tonelada métrica, esto significa que un total de 2.713 billones de toneladas métricas por segundo de hidrógeno se quemaría con 21.704 billones de toneladas métricas por segundo de oxígeno para soportar ese nivel de potencia. Hay suficiente oxígeno para soportar 22.2 años de combustión del tipo del que está hablando, si suponemos que la relación se mantiene de alguna manera en la superficie del sol, lo que le permite mantener su luminosidad.

Por supuesto, para cualquiera que tenga más de 22.2 años, ¡sabemos que el sol es mucho más viejo que eso! También sabemos que el nivel de oxígeno en el sol no está disminuyendo a una tasa del 5% anual. También sabemos que el sol no está recibiendo oxígeno de una fuente externa.

Entonces, ¿de dónde viene el poder?

¡FUSIÓN NUCLEAR!

Archivo: Fusion in the Sun.svg – Wikipedia

De acuerdo a Wikipedia;

• La teoría de que las reacciones protón-protón son el principio básico por el cual arden el Sol y otras estrellas fue defendida por Arthur Eddington en la década de 1920. En ese momento, la temperatura del Sol se consideraba demasiado baja para superar la barrera de Coulomb. Después del desarrollo de la mecánica cuántica, se descubrió que el túnel de las funciones de onda de los protones a través de la barrera repulsiva permite la fusión a una temperatura más baja que la predicción clásica.
• Aun así, no estaba claro cómo podría proceder la fusión protón-protón, porque el producto más obvio, el helio-2 (diprotón), es inestable y se disocia casi instantáneamente en dos protones. En 1939, Hans Bethe propuso que uno de los protones podría descomponerse por la emisión beta en un neutrón a través de la interacción débil durante el breve momento de fusión, haciendo del deuterio un producto vital en la cadena.
• Esta idea era parte del cuerpo de trabajo en nucleosíntesis estelar por la cual Bethe ganó el Premio Nobel de Física en 1967.

Cuatro núcleos de hidrógeno se combinan para formar un núcleo de helio-4 con la diferencia de masa que se muestra como energía.

Cuatro átomos de hidrógeno masa 6.695 * 10 ^ -27 kg. Esto es 4.882 * 10–29 kg más que un solo núcleo de helio. Entonces, un kg de hidrógeno convierte 29.4 gramos de masa en energía por cada kilogramo con el que comenzamos. Esto libera 2.642 billones de julios de energía a través de este proceso por kg de hidrógeno. Al dividir este valor en 3.848 × 10 ^ 26 vatios se obtienen 145,6 millones de toneladas por segundo. ¡Al dividir esta cifra en la masa de hidrógeno en el sol se obtienen 306,6 mil millones de años! ¡Aproximadamente 22 veces la edad del cosmos!

Obviamente, esto es suficiente para mantener el Sol iluminado durante los últimos miles de millones de años y lo mantendrá brillante durante miles de millones de años más.

A medida que el hidrógeno se convierte en helio, y el helio sufre TRANSFORMACIONES NUCLEARES, la luminosidad solar cambia, lo que cambia las condiciones en el sistema solar.

El hecho es que el sol es mucho más brillante hoy que en el pasado. Esto aumenta las temperaturas durante períodos muy largos. ¡Sin embargo, es solo una parte de la explicación del calentamiento global!

El período carbonífero

¡Hace 360 ​​millones de años, el mundo tenía mucho más CO2 en el aire que el que tiene hoy! Sin embargo, ¡la Tierra estaba mucho más fría de lo que está hoy! Cuando quemamos combustibles fósiles, estamos restaurando las condiciones de esta época anterior. ¡Desafortunadamente, el Sol es mucho más brillante hoy que hace 360 ​​millones de años! Entonces, el impacto de este aumento de CO2 es elevar las temperaturas a niveles más altos de lo que eran en ese entonces, ¡a pesar de que los niveles de CO2 son más bajos de lo que eran en ese entonces!

Archivo: Solar evolution (Inglés) .svg – Wikipedia

Si te refieres a la combustión química del hidrógeno, eso requiere que el hidrógeno esté en forma molecular, en presencia de oxígeno (al menos generalmente, supongo que también podría usar flúor o nitrógeno, que también son bastante electronegativos). El hidrógeno en el Sol es principalmente atómico e ionizado, es decir, protones desnudos. Estos están disponibles para fusión, pero no para combustión.

Debido a que la fusión de protones desnudos requiere que los protones se unan contra su fuerte repulsión electromagnética, no sucede muy fácilmente en circunstancias normales. Incluso bajo la alta presión y temperatura en el núcleo del Sol, un protón individual puede pasar mucho tiempo sin estar involucrado en una reacción nuclear; Creo que el tiempo promedio es más largo que la vida del Sol, lo que significa que la mayoría de esos protones nunca participan en una reacción nuclear.

El Sol continuará fusionando hidrógeno de manera normal durante otros cinco mil millones de años, aunque se calentará constantemente todo el tiempo; por ejemplo, calentará la Tierra más allá del punto de ebullición del agua en aproximadamente mil millones de años más o menos.

Algún tipo calculó cuánto tiempo ardería el sol si realmente estuviera quemando H2 + O2. Creo que pensó unos cientos de años. Si el colapso gravitacional lo estuviera calentando, solo puedo recordar que fue menos de mil. Pero el proceso de fusión en sí es muy bueno. Según recuerdo, la velocidad está determinada por la velocidad de túnel para las interacciones a la velocidad correspondiente a la temperatura, ya que la masa es demasiado fría para superar directamente la repulsión entre los átomos. Esto da como resultado una capa de gas donde la fusión tiene lugar con gran parte del sol evitando que caiga en esta capa por el flujo de rayos X que se escapa hacia arriba. El mecanismo para que esto se produjera una combustión constante durante cientos de millones de años me impresionó, pero fue hace 50 años, así que solo puedo sugerirle que lo lea en una fuente más moderna.

Gracias por el A2A.

Lamento decir que estás trabajando en una suposición errónea.

Sí, el hidrógeno es inflamable, es el elemento más reactivo del Universo, así como el más abundante, pero el Sol no quema las cosas. De hecho, dado que la quema requiere la presencia de oxígeno libre, nada puede arder en el espacio. Si el sol quemar hidrógeno, tendría razón: se quemaría casi de una vez. No duraría ni una pequeña fracción de su vida útil total real de diez mil millones de años.

Su fuente de energía es en realidad la fusión nuclear. Este proceso, al unir (simplemente) dos átomos de hidrógeno para formar helio, permite que las estrellas emitan energía a través del espectro electromagnético básicamente durante toda su vida. ¿Cómo? Debido a que dos átomos de hidrógeno juntos, pesan un poco más que un átomo de helio y, gracias a la dualidad cuántica de la materia y la energía, cuando la fusión tiene lugar en el núcleo del Sol, esta masa sobrante es lo que proporciona la fuente de nuestra propia existencia. No podríamos sobrevivir sin él.

Podría entrar en muchos más detalles sobre la vida útil de los diferentes tipos de estrellas, pero eso no fue lo que pediste.

El sol (y otras estrellas) “queman” su propia masa a través de la fusión nuclear en su núcleo. Un requisito previo para una fusión exitosa es una temperatura muy alta de los materiales de fusión que dará como resultado una tremenda cantidad de energía cinética de cada átomo constituyente. Esta condición es primordial para superar la fuerza repulsiva (también conocida como fuerza electrostática) entre los núcleos de los átomos.

Las estrellas pueden mantener su temperatura central al comprimir su masa con su propia gravedad. Recuerde que para materiales gaseosos, una presión más alta generalmente correspondería a una temperatura más alta. Sin embargo, la fuerza producida por la fusión nuclear (explosión nuclear (es decir, bomba atómica)) contrarrestaría la gravedad de la estrella. La delicada interacción entre la gravedad y la presión del núcleo crea un equilibrio de fuerza, permitiendo que la estrella continúe fusionando núcleos de hidrógeno en su núcleo.

Esa fuerza equilblrium es también la respuesta a su pregunta.

No estamos hablando de la combustión. El Sol no arde como tú quemas papel, la radiación proviene de la fusión de átomos, comenzando con hidrógeno y hacia elementos más pesados, y no sucede de una vez.

La gravedad del sol crea suficiente presión para que los átomos de hidrógeno, los átomos más simples del universo, se compriman y se conviertan en átomos de helio mientras liberan grandes cantidades de energía en el proceso.

Además, el sol es increíblemente grande, por lo que se está produciendo una gran fusión, pero aún no se está produciendo mucha más fusión. ¿Cuan grande? ¡Así de grande!

Para ser claros, el sol no quema hidrógeno mediante una reacción química. En cambio, el sol produce energía al fusionar hidrógeno en helio.

Más allá de eso, solo hay pequeñas cantidades de oxígeno en el sol. Ciertamente, no es suficiente para consumir una cantidad particular de hidrógeno. Menos del 0.1% de los átomos en el sol son oxígeno.

Finalmente, las temperaturas en el núcleo del sol son increíblemente altas. Si una molécula de agua se formara en el núcleo del sol a través de la quema de hidrógeno, esa molécula ciertamente se volvería a separar para separar los átomos de hidrógeno y oxígeno en una fracción de segundo.

¡Eso sería bastante desafortunado!

Hay un equilibrio entre la generación de calor en el núcleo, ya que el hidrógeno se convierte en helio y la gravedad.

Si la producción de calor se detiene, la gravedad comienza a apretar y calentar el núcleo hasta que las condiciones sean las adecuadas para comenzar la conversión.

Si hay demasiada producción de calor, la estrella se expande y reduce la presión en el núcleo y la reacción se ralentiza.

Por lo tanto, es un baile entre dos fuerzas y mantendrá el sol estable durante miles de millones de años, probablemente alrededor de 8 mil millones.

Ver Lección 3: Dentro del sol

(1) El interior del Sol está en equilibrio hidrostático.

El sol es bastante estable; no lo vemos oscilando salvajemente dentro y fuera, y no vemos que parpadea como una vela a punto de apagarse. Además, el Sol ha sido bastante estable durante miles de millones de años, permitiendo la existencia continua de vida en la Tierra.

La gravedad tiene un efecto desestabilizador. La tendencia de la gravedad es comprimir el sol. Si el Sol se derrumbara hacia adentro bajo su propia gravedad, se rompería en un agujero negro en el transcurso de unas pocas horas. Obviamente, tal catástrofe no ha sucedido. ¿Qué ha impedido que el Sol se derrumbe?

Resulta que el sol se mantiene estable por su presión interna. Así como la presión aumenta a medida que se sumerge cada vez más en los océanos de la Tierra, la presión aumenta a medida que se sumerge cada vez más en el Sol. Cuando llegas al centro del Sol, la presión ha alcanzado un valor igual a 340 mil millones de veces la presión del aire al nivel del mar aquí en la Tierra. Es una regla general que el gas fluya de regiones de alta presión a regiones de baja presión. (La diferencia de presión es lo que hace que el aire se escape de un neumático pinchado). Por lo tanto, dentro del Sol, la presión crea una fuerza hacia afuera , desde el núcleo de alta presión hasta la superficie de baja presión. Esto está en contraste con la gravedad, que crea una fuerza interna .

Cuando la fuerza debida a la presión equilibra exactamente la fuerza debida a la gravedad, un sistema está en equilibrio hidrostático . El equilibrio hidrostático del Sol es estable y autorregulador; Si arrojas un poco de materia extra al Sol, la fuerza de gravedad interna aumentará. Sin embargo, la compresión resultante aumentaría la presión dentro del Sol, resultando en un aumento en la fuerza de presión suficiente para equilibrar la fuerza gravitacional incrementada.

A2A

Chris

Respuesta corta.

El sol no está quemando hidrógeno. El sol es una inmensa reacción termonuclear similar a las bombas atómicas y de hidrógeno. Está convirtiendo el hidrógeno en elementos más pesados, lo que libera mucha energía y continuará durante mucho, mucho tiempo.

La quema u oxidación requiere que un átomo tenga una capa externa de electrones poblada. El sol no está hecho de H2 -hidrógeno molecular- con una capa de electrones completa. . No está hecho de átomos de hidrógeno con ningún tipo de electrones. Es un plasma, con hidrógeno que representa protones solitarios en un estado de energía mucho más alto que un enlace químico involucrado en la oxidación. El núcleo del sol es de 27 millones de grados F. Tendría que enfriar el sol en un billón de grados para que el concepto de ‘quemar’ tenga sentido.

El hidrógeno es inflamable pero para encenderlo necesita oxígeno, el sol tiene mucho hidrógeno pero no oxígeno. El hidrógeno se fusiona con el helio.

El sol se compone de aproximadamente 72% de hidrógeno, 26% de helio y 2% de otros elementos más pesados. No hay mucho oxígeno para causar la combustión. La energía liberada por el sol es la cantidad relativamente pequeña de masa convertida en energía cuando el hidrógeno se fusiona con helio, esa energía es e = mc al cuadrado, el sol fusiona 700 millones de toneladas de hidrógeno a helio cada segundo. .7% se convierte en energía que es 7 millones de toneladas de materia que se convierte en energía con el factor de conversión e = mc al cuadrado o energía liberada = 5,000,000 toneladas por segundo multiplicado por 186,000 x 186,000 millas por segundo. ¡Brindarán muchos bagels!

Cuando dice inflamable, se refiere a la combinación altamente exotérmica de hidrógeno y oxígeno para formar agua; también conocido como ardor

[matemáticas] 2H_2 + O_2 \ flecha derecha 2H_2O + energía [/ matemáticas]

El sol no “arde” así. En cambio, la mayor parte de su energía es creada por átomos de hidrógeno que se fusionan para formar helio, que emite energía.

[matemáticas] H + H \ rightarrow He + energía [/ matemáticas]

La primera es una reacción química y requiere oxígeno. La segunda es una reacción nuclear y no requiere oxígeno en absoluto.

“Quemar” requiere presión. Cuanto mayor es la presión, más rápido tiene lugar la fusión. Pero el calor hace que el plasma se expanda y reduce la presión. Entonces hay un equilibrio: si el núcleo del sol se enfría, comienza a caer, lo que lo calienta más, lo que revierte el colapso. El resultado es un equilibrio siempre que el suministro de combustible, hidrógeno, se mantenga. El sol está quemando muy lentamente su hidrógeno en helio que, al menos inicialmente, no se quemará más. A medida que aumenta la cantidad de helio, el núcleo se calienta muy lentamente. Pero hay suficiente hidrógeno y la tasa de consumo es tan baja que mantendrá la estabilidad actual durante varios miles de millones de años.

Luego está el modelo eléctrico … Sinopsis 6 – Electric Stars

El Sol es una pizca de plasma en una enorme corriente de hidrógeno ionizado de Birkeland que late a través de la Vía Láctea. Los electrones de alta velocidad (rayos cósmicos) se canalizan hacia el polo solar, atraídos por su núcleo anódico. Corona, cromosfera y fotosfera forman capas dobles en el camino. El circuito de retorno es a través del “viento solar” ecuatorial mucho más lento, al cátodo de heliosfera restante.

Debido a la intensa audición en el núcleo del sol, se produce una fusión nuclear y el hidrógeno se convierte en helio, helio en litio, litio en ___ y ​​así sucesivamente (elementos más ligeros a más pesados)

El sol no arde. Te quema, pero no arde.

El sol es alimentado por fusión, una reacción nuclear que es la combinación forzada de núcleos atómicos a través de una compresión extrema y calor. Libera toneladas de energía, en una escala que no puede imaginar.

Incluso si se quemara en sentido literal, tomaría un tiempo para que todo ese hidrógeno se quemara. Un gran rato.

No es una bola de gas en llamas. El hidrógeno se está comprimiendo tanto en el núcleo que se está fusionando en helio. Cada vez que sucede, se libera una gran cantidad de energía debido a [math] e = mc2. [/ Math]

Es como una enorme bomba de hidrógeno que ha estado explotando y seguirá explotando durante miles de millones de años. Pero no todo se separa como una bomba de hidrógeno normal porque es tan grande que la gravedad sigue jalándolo de nuevo. El calor y la luz escapan, pero el hidrógeno en sí mismo no puede escapar de la gravedad.

Quemar no es solo estar muy caliente, en realidad es un proceso de oxidación. Como en, el combustible reacciona con el oxígeno en el aire, liberando calor que mantiene la oxidación. Un ejemplo de esto es el óxido: cuando el hierro se oxida, en realidad se está quemando, muy, muy lentamente. Pero si lo desea, puede llevar un poco de lana de hierro fina y quemar muy bien.

La fuente de la energía del sol no es la combustión, sino la fusión nuclear: aplastar dos átomos de hidrógeno para crear un átomo de helio, no quemar (no hay oxígeno para que el sol se combine).

Espero que esto ayude

Debido a lo caliente que está el sol, los átomos de hidrógeno se mueven tan rápido que en realidad es menos probable que choquen constantemente con otros átomos de hidrógeno; en la ocasión en que lo hacen, ocurre la fusión nuclear. Esta es la razón por la cual el hidrógeno no se usa de una vez y también explica por qué la vida útil de la mayoría de las estrellas (como el Sol) es tan larga.