Erkaltung von Planeten

[Siggi]

Hallo,

ich möchte mal eine Frage zum Verständnis stellen:

warum erkalten Himmelskörper? Sei es nun Mars? Erde? Sonne(als weisser Zwerg)?
Ich hänge in der Vorstellung fest, das Druck also in diesem Fall die Schwerkraft oder auch Gravitation genannt generell Wärme erzeugt. Demnach müsste es im Inneren immer eine Kraft geben, welchen den Kern eines Körpers immer heiss hält.
Das scheint nicht der Fall zu sein. Wo mache ich einen Denkfehler?

Danke vorab für Eurere AW`s.

lg

Siggi

[positronium]

Nicht Druck erzeugt Wärme, sondern Kompression. D.h. nach dem Kollaps zu einem Stern oder Planeten ist die Temperaturentwicklung, abgesehen von chemischen und nuklearen Prozessen, Gezeiten, Einschlägen etc., nur noch von ein- und abgestrahlter Energie abhängig.

[Siggi]

@Positronium:
danke für Deine AW, ich versuche es gerade mal nachzuvollziehen.

Wenn ich es richtig verstanden habe gibt es einen Unterschied zwischen Druck und Kompression. Worin besteht zwischen diesen beiden Wörtern der Unterschied? Für mich macht es zunächst noch keinen Unterschied. Ich kann mir gut vorstellen, dass durch Abgabe von Wärme in den interstellaren Raum diese verloren geht, zumindest auf der Oberfläche, aber im Inneren wo alles komprimiert ist oder einem Druck ausgesetzt ist müsste es doch unendlich viel Energie also in diesem Fall Hitze geben, bedingt durch ... und da stehe ich momentan etwas auf dem "Schlauch".

lg

Siggi

[positronium]

Wenn ich es richtig verstanden habe gibt es einen Unterschied zwischen Druck und Kompression. Worin besteht zwischen diesen beiden Wörtern der Unterschied?

Druck ist Kraft pro Fläche, also ein Zustand. Z.B. herrscht in einer vollen Gasflasche ein höherer Druck als ausserhalb. Kompression ist dagegen der Prozess der Druckerhöhung. Im Bild der Gasflasche das hinein pumpen von Gas. (Der umgekehrte Prozess bei einer Gasflasche, also das Ablassen von Gas führt so bei genügend hoher Geschwindigkeit zum Vereisen des Ventils.)
Im Fall von Sternen und Planeten ist der Vorgang der Kompression (Volumenabnahme bei gleichem Inhalt) von einer Gaswolke zum Himmelskörper im wesentlichen abgeschlossen.

Du musst Dir eigentlich nur vergegenwärtigen, was Temperatur ist: Es handelt sich um kinetische Energie von Teilchen, also Bewegung und Drehung. Wenn man Teilchen mit einer bestimmten kin. Energie in ein Gefäss mit 1m² Innenfläche füllt, wirkt die kin. Energie auf 1m². Verkleinert man das Volumen, wirkt sie z.B. nur noch auf 0,5m². Offensichtlich stossen die Teilchen dann bei ihrer Bewegung nicht mehr auf 1m², sondern doppelt so oft auf 0,5m².
Wenn keine Volumenveränderung/Kompression erfolgt, bleibt der Druck und die Temperatur natürlich gleich.

Ich kann mir gut vorstellen, dass durch Abgabe von Wärme in den interstellaren Raum diese verloren geht, zumindest auf der Oberfläche, aber im Inneren wo alles komprimiert ist oder einem Druck ausgesetzt ist müsste es doch unendlich viel Energie also in diesem Fall Hitze geben, bedingt durch ...

Im Lauf der Zeit kommt die Wärme an die Oberfläche. Natürlich wird das durch Krustenbildung gehemmt.

[gravi]

Nehmen wir mal an, die Sonne ist an ihrem Ende zu einem Weißen Zwerg geschrumpft. Das heißt, es gibt keine Fusionen mehr, und es gibt auch keine Kontraktion mehr, die also durch Kompression eine höhere Temperatur erzeugen könnte. Nehmen wir weiterhin an, der Zwerg hat noch 100 000 Grad Oberflächentemperatur. Temperatur ist nicht nur Bewegung von Teilchen, sondern auch elektromagnetische Strahlung. Die zieht nun in den freien Weltraum, was bedeutet, dass dem Zwerg Energie entzogen wird. Also wird er nach und nach abkühlen, bis er irgendwann auf dem absoluten Nullpunkt angekommen ist. Ohne irgendeine Wärme- (Energie-)quelle wird jeder Körper abkühlen.

Gruß
gravi

[tomS]

Die Gravitation erzeugt natürlich einen gewissen Druck, der die Planeten aufheizt. Allerdings ist dieser Effekt minimal im Vergleich zur Abstrahlung von Wärmestrahlung.

Bei Sternen ist der Effekt jedoch riesig! Bei Sternen liegt ein Gleichgewicht vor, d.h. der durch die Gravitation erzeugt Druck steht im Gleichgewicht mit dem durch die resultierenden Fusionsprozesse erzeugten Strahlungsdruck: die Sonne ist über einen langen Zeitraum in einem gewissen Gleichgewicht (konstanter Druck, konstante Temperatur).

[Skeltek]

warum erkalten Himmelskörper? Sei es nun Mars? Erde? Sonne(als weisser Zwerg)?

Relativ einfach, sie strahlen langsam Wärme in den Weltraum ab, da letztlich jeder Himmelskörper im ca -269°C bzw 4 Kelvin kalten Vakuum hängt. Wärme verteilt sich in der Regel gleichmäßig auf das gesammte ihm zur Verfügung stehende Gebiet, bis überall die gleiche "Temperatur" herscht.

Ich hänge in der Vorstellung fest, das Druck also in diesem Fall die Schwerkraft oder auch Gravitation genannt generell Wärme erzeugt. Demnach müsste es im Inneren immer eine Kraft geben, welchen den Kern eines Körpers immer heiss hält.
Das scheint nicht der Fall zu sein. Wo mache ich einen Denkfehler?

"Temperatur" ist eigentlich nur eine Art "Summierte Vorstellung", es gibt sie als solche eigentlich nicht.
Jedes Atom in einem Körper hat eine gewisse Bewegungsenergie gegenüber den anderen. Sie stoßen öfter mal zufällig aneinander und prallen ständig voneinander ab. Die Bewegungsgeschwindigkeit(eigentlich der Impuls) wird bei jedem Zusammenstoß unter den beiden zusammenstoßenden Teilchen neu verteilt(Vom Zusammenstoßwinkel, Geschwindigkeitsverhältniss und Massen/Elastizität abhängig).

Wegen diesem ständigen Abprallen(Druck ist Impulsaustausch pro Zeit, wenn man damit bricht ihn über die Fläche zu messen) voneinander, driftet z.B. eine Gaswolke letztlich auseinander.
z.B. kann die Gravitation versuchen die Teilchen durch Beschleunigung auf den gemeinsamen Schwerpunkt hinzubeschleunigen, das Zusammenstoßen des äußersten Teilchens mit einem inneren gibt diesen Impuls nach innen weiter, wo er letztlich bis ans andere Ende der Kugel "durchgereicht" wird. Das Teilchen am anderen Ende fliegt ein Stück weg und wird wieder von der Gravitation zurückgezogen usw.

Zu deiner Frage:
Wenn du etwas zusammenpresst, dann befindet sich viel mehr Bewegungsimpuls auf engerem Raum. Das bedeutet, dass nicht mehr der Großteil des Impulses in Form von Bewegung vorhanden ist, sondern gerade durch einen elastischen Stoß von einem Teilchen zum anderen transferiert wird (Da ist dann der Großteil der Bewegungsenergie in Form von "Spannung" zwischen den Teilchen gespeichert, ähnlich wie bei einer gespannten Feder).
Als Person, welche den Gegenstand gerade zusammenpresst wirst du feststellen, dass viel mehr Teilchen pro Sekunde von innen auf deine Handfläche klopfen(der Druck auf deine Handfläche vergrößert sich). Der zusammengepresste Körper verliert Impuls(also Wärme) und deine Hand nimmt Impuls auf(bis die Temperaturen ausgeglichen sind) - der Körper hat insgesammt Wärme verloren, fühlte sich also nur während und kurz nach dem Zusammenpressen wärmer an.
Lässt du danach los und lässt den Körper sich wieder ausdehnen, hat der Materieklumpen auf einmal weniger Impuls pro Volumen als die Umgebungund die Umgebung kann Impuls an ihn abgeben(er saugt der Umgebung dann Wärme ab). Deshalb ist z.B. Feuerzeuggas so kalt wenn es frisch dekompressiert wird.

Ergo: Das Zusammenpressen von Material sorgt dafür, dass ein Körper bestrebt ist seine Impulsdichte zu senken bis sie an die Umgebungstemperatur angepasst ist(der Körper verliert dann "Wärme").
Das kann über direkten Impulsaustausch mit umgebender Masse stattfinden, Verlust von höherenergetischen Teilchen oder durch normale Wärmestrahlung.
Da Planeten in der Regel extrem voluminös sind, kann es je nach Größe des Planeten relaiv lange dauern, bis die komplette Wärem ans Vakuum abgegeben wurde.

Reihenfolge ist grob diese:
1. Aufheizen des Körpers durch Kollision von Masse bei der Entstehung(Gravitative Energie wird in Wärme umgesetzt).
2. Aufheizen des Körpers durch radioaktive schwere Elemente, welche meist bei der Entstehung/flüssigen Phase zu seinem Kern abgesunken sind.
3. Aufheizen des Körpers durch externe Quellen(z.B. Sternenlicht, Strahlung oder Gezeitenkräfte welche für Reibung im Inneren sorgen)
4*. Konzentration des Impulsflusses durch die Mitte des Sphäroides bzw dichtere Areale (Hatte glaube ich mal etwas gelesen, als ich eigene Interpretationen prüfen wollte)
5. Verlust der Wärme durch allerlei Arten von Strahlung.

Dein Denkfehler liegt darin, dass Gravitation immer Wärme erzeugt. Der erste satz war richtiger: "Gravitation erzeugt generell Wärme"... aber nicht immer, sondern nur solange sich Lageenergie in Bewegungsenergie umwandelt, bzw Beschleunigung Impuls herstellt.
Sobald ein Gleichgewicht zwischen Druck(meist Impulsaustausch durch Stöße) und Schwerkraft hergestellt ist, wie keine weitere Wärme erzeugt.
Weitere Wärme kann erst erzeugt werden, wenn der Körper Impuls abgibt und dadurch der Schwerkraft die Chance gibt, den Körper weiter zusammenzupressen.

Hoffe ich habe nichts vergessen beim beantworten, ich wollte diesmal nicht irgendwie vereinfachen oder ähnlich.
Gruß, Skel

ps: Wenn du mal grillen willst, machst du das am besten mit Infrarotstrahlung. Feuer kokelt nur oberflächlich an und erhitzt die Oberfläche durch Impulsaustausch zusammenstoßender Teilchen; Infrarotstrahlung dringt tief in das Steak ein und erwärmt es auch gut von Innen. Also sollte die Kohle möglichst gut rot glühen, besser als offenes Feuer. Am besten man staut die Wärme vorher etwas, ist aber schwer hinzubekommen ohne dass es raucht.