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Die Masse

Die Masse. Masse ist zu Energie äquivalent. Inhalt. Äquivalenz von Masse und Energie Energie aus Masse bei Kernreaktionen Masse aus Energie bei der „Paarbildung“. Eigenschaften der Masse. Die Beschleunigung von Massen erfordert Kraft : Newtonsche Axiome ( Definition der „Kraft“)

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Presentation Transcript

  1. Die Masse Masse ist zu Energie äquivalent

  2. Inhalt • Äquivalenz von Masse und Energie • Energie aus Masse bei Kernreaktionen • Masse aus Energie bei der „Paarbildung“

  3. Eigenschaften der Masse • Die Beschleunigung von Massen erfordert Kraft: Newtonsche Axiome (Definition der „Kraft“) • Massen ziehen sich gegenseitig an: Das Gravitationsgesetz • Masse ist zu Energie äquivalent:

  4. Masse und Energie • Albert Einstein, * 14. 3.1879, † 18.4.1955

  5. Vorgänge bei der Kernspaltung Geschwindigkeitsverteilung („Maxwell“~) für ein Gas aus Teilchen mit Massenzahl m=1 235U Ein „langsames Neutron“ v(n) = 2600 m/s trifft auf einen Kern des Uran-Isotops 235U, der z. B. in einen Krypton- und einen Barium Kern zerfällt

  6. Kernzerfall • Reagiert 1 kg 235 U vollständig durch Kernzerfall, dann • sind die Reaktionsprodukte 1 g leichter • Die Masse 1 g wurde nach E=mc2 [J] (m=0,001 kg, c = 3 108 m/s) in Energie umgewandelt Ketten-Reaktion……… Quelle: http://www.uvm.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/16224/

  7. Kettenreaktion Ketten-Reaktion………

  8. Energie bei der Kernspaltung Material vor der Spaltung: 1,000 kg Alle Bruchstücke: 0,999 kg Die Summe der Bruchstücke ist leichter als das Ausgangsmaterial: Die Differenz der Massen wurde in Energie umgewandelt

  9. Kernenergie • Energiedichte des Brennstoffs 105 höher gegenüber chemischer Verbrennung (Masse wird über E=mc2 [J] in Energie verwandelt) • Keine gasförmigen Verbrennungsprodukte (CO2) • Wenige, dafür „riskante“ Transporte („Castor“) • Endlagerung? Bild des Kohlefusses (65 t/Wagen) in „Echtzeit“ zur Erzeugung von 60 GW elektrisch

  10. Die Masse an Kernbrennstoff verhält sich zur äquivalenten Masse fossiler Brennstoffe wie 1 : 100 000 Zum KW zu transportierende Kohle Vergleich der zu transportierenden Massen (Daten für 2007) [kg] Bedarf an 235 U Zum KW zu transportierende Brennelemente bei Anreicherung auf 5% 235 U 235 U im Brennelement bis zum Austausch Zur Energie äquivalente Masse KW mit „idealem Wirkungsgrad“ 100% (real ~45%)

  11. Energie, die 1 g Masse entspricht Bei Umwandlung von 1 kg 235U „verschwindet“ 1 g, aus diesem Gramm wurde 90 TJ Wärme, Strahlungs- und kinetische Energie

  12. Umkehrung: Paar-Bildung aus Strahlungsenergie Elektromagnetische Strahlung trifft auf einen Kern, bei genügend hoher Energie entsteht ein Teilchen-Paar

  13. Strahlung und Energie • Max Planck, * 23.4.1858, † 4.10.1947

  14. Energie bei der Paar-Bildung Paarbildung gibt es bei harter Röntgen- und Gamma - Strahlung

  15. Quellen für die Energieversorgung der EU Nach 10 Jahren: 60% mehr „erneuerbare“ Energie • RES: Erneuerbare Energiequellen, Lignite: Braunkohle Nach 10 Jahren: 10% mehr Kernenergie Info-Quelle: http://www.eds-destatis.de/de/publications/detail.php?th=8&k=1&dok=3232

  16. Ein Bild für den Leistungsbedarf in Deutschland: 26 „Niagara-Fälle“ zu je 2,4 GW = 62,4 GW 26 „Niagara-Fälle“ würden benötigt, um aus Wasserkraft die in Deutschland benötigte elektrische Leistung von ca. 63 GW zu erbringen Bei 82 Millionen Einwohnern: Leistungsbedarf pro Mensch ca. 800 W

  17. Zusammenfassung Masse kann in Energie umgewandelt werden: • W = m·c2 [J], • m [kg] Masse • c = 3 ·108 [m/s] Geschwindigkeit des Lichts im Vakuum • Energie aus Masse entsteht bei Kernreaktionen Auch die Umkehrung gilt: Energie von Strahlung kann in Teilchenpaare umgewandelt werden: • W = h·f = m·c2 [J], • f [1/s] Frequenz der elektromagnetischen Strahlung • h = 6.626068 × 10-34 [Js] Plancksches Wirkungsquantum (Max Planck, * 23.4.1858) • Bei der “Paarbildung” entsteht Masse aus Strahlung

  18. Äquivalent zu Energie W=m·c2 Beschleunigung nur mit Kraft Anziehende Kraft zu entfernten Massen finis „Massenpunkt“ Eigenschaften der Masse

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