Die Strahlung, die wir von der Sonne erhalten, wird durch die Energie verursacht, die bei Kernreaktionen im Stern freigesetzt wird. Der wichtigste Kernbrennstoff der Sonne sind Wasserstoffkerne (ein Proton), die zu Heliumkernen (zwei Protonen und zwei Neutronen) verschmolzen sind. In dieser Übung erstellen die Schüler ein Diagramm, das zeigt, wie Wasserstoffkerne miteinander verschmelzen, um Heliumkerne und Energie zu erzeugen.
In der ersten Phase des Prozesses verschmelzen zwei Protonen zu einem Protonen- und Neutronenpaar, das als Wasserstoff-2 oder Deuterium bezeichnet wird. Dies setzt ein Neutrino und ein Positron frei. Ein weiteres Proton fusioniert mit dem Deuteriumkern und bildet ein Doppelproton-Neutronentriplett, das als Helium-3 bekannt ist und auch ein Positron freisetzt. Wenn ein Helium-3-Kern mit einem anderen Helium-3-Kern fusioniert, entsteht ein Helium (He-4) -Kern, der zwei Protonen freisetzt. In jedem Stadium dieser Reaktion wird Energie freigesetzt.
Alle Elemente bis zu Eisen (Fe) entstehen bei Fusionsreaktionen in Sternen. Elemente, die schwerer als Eisen sind, entstehen bei Supernova-Explosionen in einer Reaktion, die als Neutroneneinfangreaktionen bezeichnet wird.
Lassen Sie fortgeschrittene Schüler darüber nachdenken, warum in jedem Stadium Neutrinos und Positronen freigesetzt werden, um sie herauszufordern. Schneiden Sie für Schüler, die Unterstützung benötigen, das fertige Beispiel-Storyboard auf und lassen Sie sie die Teile in der richtigen Reihenfolge zusammensetzen. Eine andere Idee ist, dass Ihre Schüler unterschiedliche beschreibende Visualisierungen für verschiedene Fusionsreaktionen durchführen, z. B. die Fusion von Heliumkernen zu Kohlenstoffkernen.
(Diese Anweisungen sind vollständig anpassbar. Nachdem Sie auf "Aktivität kopieren" geklickt haben, aktualisieren Sie die Anweisungen auf der Registerkarte "Bearbeiten" der Aufgabe.)
Erstellen Sie ein Storyboard, um zu zeigen, wie Wasserstoffkerne zu Heliumkernen und Energie verschmolzen werden. Dies ist eine sehr wichtige Kernreaktion, die in Sternen wie der Sonne stattfindet.
Binden Sie die Schüler ein, indem Sie Wasserstofffusion mit einfachen Materialien im Klassenzimmer simulieren. Praktische Erfahrungen helfen Lernenden, zu visualisieren, wie Protonen sich verbinden, um Helium zu bilden und Energie freizusetzen.
Sammlen Sie Gegenstände wie bunte Kugeln, Papierkreise oder Bausteine, um Protonen, Neutronen und Elektronen zu repräsentieren. Visuelle Requisiten machen abstrakte Kernprozesse für Schüler greifbar.
Organisieren Sie Schüler in kleinen Gruppen, wobei jedem eine Partikelausweis (Proton, Neutron, Positron, Neutrino oder Photon) gegeben wird. Rollenspiele bringen die Fusionsschritte zum Leben und fördern die Beteiligung.
Führen Sie die Schüler an, ihre Requisiten physisch zu kombinieren und neu anzuordnen, um Fusionsreaktionen nachzuahmen—Protone fusionieren, Deuterium entstehen, Helium-3 gebildet und Helium-4 produziert wird. Pause nach jedem Schritt, um zu erkennen, was freigesetzt wird (Energie, Positronen, Neutrinos).
Erleichtern Sie eine Diskussion darüber, was die Schüler beobachtet haben, mit Schwerpunkt darauf, wie Energie und neue Elemente in Sternen entstehen. Verbindung der Simulation mit echter Astrophysik vertieft das Verständnis und die Behaltensleistung.
Wasserstofffusion ist der Prozess, bei dem Wasserstoffkerne (Protonen) sich verbinden, um Heliumkerne im Inneren von Sternen wie der Sonne zu bilden. Dieser Reaktionsprozess setzt große Mengen an Energie frei, die die Sterne antreiben und das Licht und die Wärme bereitstellen, die für das Leben auf der Erde unerlässlich sind.
Schüler können ein Storyboarding-Diagramm erstellen, das jede Phase der Fusion von Wasserstoffkernen zu Helium zeigt. Verwenden Sie Formen für Partikel, Pfeile für Reaktionen und fügen Sie eine Legende hinzu, um Symbole zu erklären. Betonen Sie die Freisetzung von Energie, Neutrinos und Positronen in jedem Schritt.
Die Hauptschritte sind: 1) Zwei Protonen fusionieren zu Deuterium, wobei ein Neutrino und ein Positron freigesetzt werden; 2) Deuterium fusioniert mit einem weiteren Proton zu Helium-3, wobei ein Positron freigesetzt wird; 3) Zwei Helium-3-Kerne verbinden sich zu Helium-4, wobei zwei Protonen freigesetzt werden. Energie wird in jedem Stadium freigesetzt.
Neutrinos und Positronen sind Nebenprodukte des Kernfusionsprozesses. Ihre Freisetzung hilft, Energie, Ladung und andere Größen in den Reaktionen zu erhalten, und liefert Hinweise darauf, dass die Fusion im Inneren der Sterne stattfindet.
Fusion in Sternen erzeugt Elemente bis hin zu Eisen (Fe) durch die Verbindung leichterer Kerne. Im Gegensatz dazu erzeugen Neutronenfang-Reaktionen in Supernovae schwerere Elemente als Eisen, indem sie eine Explosion von Neutronen auslösen, wenn massereiche Sterne explodieren.