Практическо упражнение 3: Как се образуват елементите в звездите
Цел
Да се обясни и илюстрира процеса на ядрени реакции и по какъв начин се появява излъчването на звездите.
Необходими материали
■ Купа с по-малки бонбонки маршмелоу (или топчета от стиропор/пластелин), които може да са едноцветни или с няколко различни цвята,■ купа със сурови макарони с формата на тръбички,
■ таблица на химичните елементи.
Инструкции за учителя
Това упражнение показва как се образуват химическите елементи във Вселената и откъде се появява излъчването. Времетраенето е около 5 до 10 минути. Учениците трябва да имат периодична таблица на химическите елементи. Можете да проведете упражнението като А) самостоятелна работа – учениците следват инструкциите по-долу и записват отговорите си, след което се дискутират резултатите; Б) Вие давате инструкциите по-долу и задавате въпросите по време на упражнението, на които учениците трябва да отговорят преди следващата стъпка.
Детайлни инструкции за учениците
С това упражнение ще видите как се образуват химическите елементи и откъде се появява излъчването.
1. Извадете периодичната таблица. Посочете на таблицата елементите водород H и хелий He. Това са елементите, които са в най-голямо количество в звездите.
2. От купата с бонбонки/топчета извадете едно. Нека това е протон. От броя протони в ядрото зависи какъв ще е химическият елемент. Водородът има 1 протон. Тогава колко водородни атома ще илюстрира бонбончето/топчето? [Отговор: Един]
3. Всеки ученик да вземе две бонбончета/топчета, които да представляват две водородни ядра. Обикновено при ядрените реакции ядрата се сливат две по две.
4. Кой елемент има два протона в ядрото си? Посочете го на таблицата. [Отговор: Хелий]
5. Да видим как звездата образува хелий: Стиснете бонбонките/топчетата заедно в шепите си. Да си представим, че стиснатите Ви ръце представляват ядрото на една звезда. Там температурата и налягането са толкова високи, че атомите се движат много бързо и се сблъскват постоянно с други атоми. И понякога ядрата на два атома се сливат. (За по-големите ученици: При толкова високи налягания и температури атомите в ядрата на звездите са загубили електронните си обвивки и се състоят само от ядра (протони и неутрони), а електроните от обвивките са станали самостоятелни частици). Можете ли да слеете вашите ядра? Смачкайте бонбонките/топчетата, така че да образуват едно ново ядро. Това е ядрена реакция! Двете ядра на водорода са се слели, за да образуват ядро на кой елемент? [Отговор: Хелий]
6. Вземете един макарон от купата с макарони. Нека той да представлява един гама лъч. (За по-големите ученици: Посочете на картинката на електромагнитния спектър къде се намират гама лъчите. Каква е тяхната енергия, сравнена с другите видове излъчване? [Отговор: Най-висока]). Сложете новото ядро на чина и макарона до него. Така изглежда схема на сливане на две ядра, при което се отделя енергия във формата на гама лъч.
7. Направете още едно хелиево ядро като вземете още две бонбонки и ги слеете (смачкате) заедно. Поставете новото ядро на масата. Какво още ви трябва, за да завършите процеса? [Отговор: Гама лъч (макарон)] Как се нарича процеса? [Отговор: Ядрена реакция].
8. Повторете стъпка 7. Колко ядра имате сега и на кой елемент? [Отговор: Три ядра на хелий] А колко протона? [Отговор: Шест].
9. Вземете две от хелиевите ядра и ги смачкайте заедно. Извадете и още един макарон. Какво направихте? [Отговор: Ядрена реакция].
10. Към слетите хелиеви ядра, добавете и третото. Колко протона има най-новото ядро? [Отговор: Шест]. Кой е този елемент? Намерете го и го посочете на периодичната таблица [Отговор: Въглерод].
11. За по-големите ученици: В стъпка 9, като сляхте две хелиеви ядра се получи ядро на берилий Be (с четири протона в ядрото). Берилият е доста нестабилен елемент и би се разпаднал за по-малко от 1 секунда. Но ако преди това към него добавим още едно ядро на хелий, се образува следващият елемент (с 6 протона в ядрото). Учените наричат ядрата на хелия „алфа частици“, а процеса на образуване на въглерод от три хелиеви ядра - „троен алфа процес“.