白矮星密度

概括：这道题是陶诺侠同学的课后物理练习题，主要是关于白矮星密度，指导老师为董老师。

题目：白矮星密度

解：

1000万吨/立方米左右.也就是说干黄豆那么大小的一块就有一吨的样子.中子星的密度更高些,大概每立方厘米一亿吨,半径十千米的中子星质量就可以抵得上太阳.白矮星密度高主要是由于构成的原子空间被压缩,自由电子空间减小,中子星则是电子被挤压入原子核,原子结构直接不存在了.理论上黑洞的密度比中子星更大的多,但是一般一般规律对于黑洞失效,所以不好说密度这个概念.

举一反三

例1： 宇宙中白矮星的密度是水的100万倍,那么1立方分米的白矮星物质的质量是多少吨?[物理练习题]

思路提示：

水密度是1

那么一立方厘米水质量约为1克（由于气压,温度等因素影响所以是约等于）

一立方分米等于10*10*10=1000立方厘米,所以一立方分米水是1000克.

而白矮星的密度是水的100万倍

所以一立方分米水在白矮星的质量是1000*100万

等于1000000000克,也就是100万公斤.

例2： 白矮星与黑洞的密度谁大?[物理练习题]

思路提示：

黑洞

例3： 白矮星的密度为什么会那么大?白矮星是怎么形成的?它还会进一步变化吗?[物理练习题]

思路提示：

白矮星是一种很特殊的天体,它的体积小、亮度低,但质量大、密度极高.比如天狼星伴星(它是最早被发现的白矮星),体积比地球大不了多少,但质量却和太阳差不多.也就是说,它的密度在1000万吨/立方米左右.根据白矮星的半径和质量,可以算出它的表面重力等于地球表面的1000万-10亿倍.在这样高的压力下,任何物体都已不复存在,连原子都被压碎了:电子脱离了原子轨道变为自由电子.白矮星是一种晚期的恒星.根据现代恒星演化理论,白矮星是在红巨星的中心形成的.当红巨星的外部区域迅速膨胀时,氦核受反作用力却强烈向内收缩,被压缩的物质不断变热,最终内核温度将超过一亿度,于是氦开始聚变成碳.经过几百万年,氦核燃烧殆尽,现在恒星的结构组成已经不那么简单了:外壳仍然是以氢为主的混和物;而在它下面有一个氦层,氦层内部还埋有一个碳球.核反应过程变得更加复杂,中心附近的温度继续上升,最终使碳转变为其他元素.与此同时,红巨星外部开始发生不稳定的脉动振荡:恒星半径时而变大,时而又缩小,稳定的主星序恒星变为极不稳定的巨大火球,火球内部的核反应也越来越趋于不稳定,忽而强烈,忽而微弱.此时的恒星内部核心实际上密度已经增大到每立方厘米十吨左右,我们可以说,此时,在红巨星内部,已经诞生了一颗白矮星.白矮星的密度为什么这样大呢?我们知道,原子是由原子核和电子组成的,原子的质量绝大部分集中在原子核上,而原子核的体积很小.比如氢原子的半径为一亿分之一厘米,而氢原子核的半径只有十万亿分之一厘米.假如核的大小象一颗玻璃球,则电子轨道将在两公里以外.而在巨大的压力之下,电子将脱离原子核,成自由电子.这种自由电子气体将尽可能地占据原子核之间的空隙,从而使单位空间内包含的物质也将大大增多,密度大大提高了.形象地说,这时原子核是“沉浸于”电子中.一般把物质的这种状态叫做“简并态”.简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡,维持着白矮星的稳定.顺便提一下,当白矮星质量进一步增大,简并电子气体压力就有可能抵抗不住自身的引力收缩,白矮星还会坍缩成密度更高的天体:中子星或黑洞.对单星系统而言,由于没有热核反应来提供能量,白矮星在发出光热的同时,也以同样的速度冷却着.经过一百亿年的漫长岁月,年老的白矮星将渐渐停止辐射而死去.它的躯体变成一个比钻石还硬的巨大晶体——黑矮星而永存.

例4： 太阳,地球,中子星,白矮星中,谁的密度最大?[物理练习题]

思路提示：

中子星是一种比白矮星密度更大的恒星,中子星的密度为10的11次方千克/立方厘米,也就是每立方厘米的质量为一亿吨之巨!半径十公里的中子星的质量就与太阳的质量相当了.

中子星是处于演化后期的恒星,它也是在老年恒星的中心形成的.当老年恒星的质量大于十个太阳的质量时,它就有可能最后变为一个中子星,而质量小于十个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星.

在中子星里,压力是如此之大,电子被压缩到原子核中,同质子中和为电子,使原子变得仅由中子组成.而整个中子星就是由这样的原子核紧挨在一起形成的.可以这样说,中子星就是一个巨大的原子核,中子星的密度就是原子核的密度.

在形成的过程方面,当恒星外壳向外膨胀时,它的核受反作用力而收缩,核在巨大的压力和由此产生的高温下发生一系列的物理变化,最后形成一颗中子星内核.而整个恒星将以一次极为壮观的爆炸来了结自己的生命.这就是天文学中著名的“超新星爆发”.

例5： 【谁知道白矮星、中子星的密度?】[物理练习题]

思路提示：

白矮星：密度106～107克／厘米3

中子星：它的外层为固体外壳,密度为100万～1亿吨／厘米3,主要是由各种原子核组成的点阵结构和自由电子气.外壳内是一层主要由中子组成的流体,其密度大约为1亿～10亿吨／厘米3

相关思考练习题：

题1：白矮星的基本参数

点拨：表面重力白矮星的表面重力等于地球表面的10亿倍。在这样高的压力下，任何物体都已不复存在，连原子都被压碎了：电子脱离了原子轨道变为自由电子。体积体积小，它的半径接近于行星半径，平均小于10的3次方千米。光度光度即恒星每秒钟内辐射的总能...

题2：白矮星还是中子星的临界质量是太阳的几倍

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题3：人们认为某些白矮星（密度较大的恒星）每秒大约自...

点拨：（1）设白矮星赤道上的物体m恰好不被甩出去，万有引力刚好提供自转所需向心力有：则GMmR2=m（2πT）2R ①可得白矮星的质量M=4π2R3GT2根据球的体积公式知，白矮星的体积：V=43πR3②所以其平均密度ρ=MV=3πGT2=3×3.146.67×10?11×12kg/m3=1.41×1011kg/m...

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题5：白矮星和红矮星有什么区别吗

点拨：矮星（Dwarf star）：像太阳一样的小主序星，如果是白矮星，就是像太阳一样的一颗恒星的遗核。褐矮星没有足够的物质进行熔化反应。 棕矮星（Brown dwarf）是类恒星天体的一种，质量约为5至90个木星之间。与一般恒星不同，棕矮星由质量不足，其核...