Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012



Relevanta dokument
FyU02 Fysik med didaktisk inriktning 2 - kvantfysik

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

1. Elektromagnetisk strålning

Upp gifter. är elektronbanans omkrets lika med en hel de Broglie-våglängd. a. Beräkna våglängden. b. Vilken energi motsvarar våglängden?

6. Kvantfysik Ljusets dubbelnatur

Fotoelektriska effekten

Parbildning. Om fotonens energi är mer än dubbelt så stor som elektronens vileoenergi (m e. c 2 ):

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801) Lördag 15 december 2012,

12 Elektromagnetisk strålning

BFL 111/ BFL 120 Fysik del B2 för Tekniskt Basår/ Bastermin

Prov Fysik B Lösningsförslag

Vågfysik. Ljus: våg- och partikelbeteende

Alla svar till de extra uppgifterna

PLANCKS KONSTANT.

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

Svar och anvisningar

Kvantfysik - introduktion

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 19, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

Kapitel: 32 Elektromagnetiska vågor Maxwells ekvationer Hur accelererande laddningar kan ge EM-vågor

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Lösningar Heureka 2 Kapitel 14 Atomen

Lösningsförslag. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

Svar och anvisningar

Fysik del B2 för tekniskt basår / teknisk bastermin BFL 120/ BFL 111

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 7 Kvantfysik, Atom-, Molekyl- och Fasta Tillståndets Fysik

Fysik del B2 för tekniskt basår / teknisk bastermin BFL 120/ BFL 111

Milstolpar i tidig kvantmekanik

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 12, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

7. Atomfysik väteatomen

LÖSNINGSFÖRSLAG. 4. Vågor och partiklar. r 2. c) f = c 3,0 "108. ! 750 "10 #9 Hz = 4 "1014 Hz = 400 THz 3,9 " !

Tentamen i Fysik för π,

Vågrörelselära och optik

Kaströrelse. 3,3 m. 1,1 m

Föreläsning 2. Att uppbygga en bild av atomen. Rutherfords experiment. Linjespektra och Bohrs modell. Vågpartikel-dualism. Korrespondensprincipen

Relativistisk energi. Relativistisk energi (forts) Ekin. I bevarad energi ingår summan av kinetisk energi och massenergi. udu.

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t s(x,t) =s 0 sin 2π T x. v = fλ =3 5 m/s = 15 m/s

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

Tentamen i fysik B2 för tekniskt basår/termin VT 2014

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Lösningsförslag - Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 122 / BFL 111

Relativistisk kinematik Ulf Torkelsson. 1 Relativistisk rörelsemängd, kraft och energi

Tentamen i Fysik våglära, optik och atomfysik (FAF220),

Kvantmekanik. Kapitel Natalie Segercrantz

Tenta Elektrisk mätteknik och vågfysik (FFY616)

Problem Vågrörelselära & Kvantfysik, FK november Givet:

FAFA55 HT2016 Laboration 1: Interferens av ljus Nicklas Anttu och August Bjälemark, 2012, Malin Nilsson och David Göransson, 2015, 2016

II. Fotonen. II.1. Svartkroppsstrålning. En så kallad svartkropp absorberar all strålning som faller på den, utan att reflektera något.

Miljöfysik. Föreläsning 1. Information om kursen Miljöfysik Viktiga termodynamiska storheter Jordens energibudget

If you think you understand quantum theory, you don t understand quantum theory. Quantum mechanics makes absolutely no sense.

Kvantbrunnar Kvantiserade energier och tillstånd

ANDREAS REJBRAND Statistisk fysik Wiens förskjutningslag: hur snäll är solen?

Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin. BFL122/TEN2 samt BFL111/TEN6

Svar och anvisningar

Tentamen i FysikB IF0402 TEN2:

Materiens Struktur. Lösningar

WALLENBERGS FYSIKPRIS

DEN FOTOELEKTRISKA EFFEKTEN

Kvantbrunnar -Kvantiserade energier och tillstånd

Relativitetsteorins grunder, våren 2016 Räkneövning 1 Lösningar

NFYA02: Svar och lösningar till tentamen Del A Till dessa uppgifter behöver endast svar anges.

Repetitionsuppgifter. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

TENTAMEN. Institution: DFM, Fysik Examinator: Pieter Kuiper. Datum: april 2010

Lösningsförslag. Universitetet i Linköping Institutionen för Fysik och Mätteknik Arno Platau. Tentamen för "BFL 110, Tekniskt Basår, Fysik del 3"

Theory Swedish (Sweden)

Grundläggande energibegrepp

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Lösningsförslag

Fysik TFYA68. Föreläsning 11/14

F2: Kvantmekanikens ursprung

BFL102/TEN1: Fysik 2 för basår (8 hp) Tentamen Fysik 2. 5 juni :00 12:00. Tentamen består av 6 uppgifter som vardera kan ge upp till 4 poäng.

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Lösningsförslag - tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 122 / BFL 111

Vågrörelselära och optik

Vågrörelselära och optik

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Lösning till tentamen i Medicinska Bilder, TSBB31, DEL 1: Grundläggande 2D signalbehandling

3.7 γ strålning. Absorptionslagen

Vågrörelselära och optik

Föreläsning 3 Heisenbergs osäkerhetsprincip

Varje uppgift ger maximalt 3 poäng. För godkänt krävs minst 8,5 poäng och

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Föreläsning 5 Att bygga atomen del II

Kvantmekanik - Gillis Carlsson

TENTAMEN. Institution: Fysik och Elektroteknik. Examinator: Pieter Kuiper. Datum: 7maj2016. Tid: 5timmar Plats: Kurskod: 1FY803

Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: KBAST16h KBASX16h. TentamensKod: Tentamensdatum: Tid: 09:00 13:00

1. Betrakta en plan harmonisk elektromagnetisk våg i vakuum där det elektriska fältet E uttrycks på följande sätt (i SI-enheter):

Kapitel 33 The nature and propagation of light. Elektromagnetiska vågor Begreppen vågfront och stråle Reflektion och brytning (refraktion)

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 1

FYSIKTÄVLINGEN. KVALIFICERINGS- OCH LAGTÄVLING 5 februari 2004 LÖSNINGSFÖRSLAG SVENSKA FYSIKERSAMFUNDET

s 1 och s 2 är icke kvantmekaniska partiklar? e. (1p) Vad blir sannolikheterna i uppgifterna b, c och d om vinkeln = /2?

Kvantfysikens grunder. Mikael Ehn Period III, 2017

Lösningar till Tentamen i fysik B del 1 vid förutbildningar vid Malmö högskola

Rörelsemängd och energi

8 Röntgenfluorescens. 8.1 Laborationens syfte. 8.2 Materiel. 8.3 Teori Comptonspridning

a) En pipa som är öppen i båda ändarna har svängningsbukar i ändarna och en nod i

Relativitetsteorins grunder, våren 2016 Räkneövning 4 Lösningar

Re(A 0. λ K=2π/λ FONONER

The nature and propagation of light

Tentamen Fysikaliska principer

Transkript:

Räkneövning 8 Vågrörelselära & Kvantfysik, FK2002 9 januari 2012 Problem 40.1 Vad är våglängden för emissionsmaximum λ max, hos en svartkropps-strålare med temperatur a) T 3 K (typ kosmiska mikrovågsbakgrunden) b) T 3000 K (typ glödtråd av Volfram i en glödlampa) c) T 10 7 K (typ fusions-reaktion) Intensiteten av strålningen från en svartkropp med temperatur T ges av Plancks strålningslag (ekv. 40.5 i boken) I(λ, T ) 8π λ 5 1 e λkt 1 (1) För att hitta våglängden λ max för strålningsmaximum, kan man derivera med avseende på våglängden λ I(λ, T ) 0 (2) λ 1

Om man löser ekv. 2 får man ett resultat som är känt som Wiens förskjutningslag (ekv. 40.1 i boken, blå streckad linje i figuren ovan) λ max b T, där b 2.898 10 3 m K (3) Numeriska värden på λ max för de olika temperaturerna blir a) λ max 2.898 10 3 [m K] 3[K] 9.7 10 4 m 1 mm b) λ max 2.898 10 3 [m K] 3 10 3 [K] 9.7 10 7 m 1 µm c) λ max 2.898 10 3 [m K] 10 7 [K] 2.9 10 10 m 0.3 nm Problem 40.9 En radiostation sänder ut vågor med frekvens f 100 MHz med en effekt på W 40 kw. Hur många fotoner/sekund sänds ut? Effekten W är den totala energin hos radiovågorna som sänds ut per sekund Varje foton har energi W E tot t 40 10 3 [ W J/s] (4) E γ hf 6.63 10 34 [Js] 10 8 [s 1 ] 6.63 10 26 J (5) Antalet fotoner/sekund som sänds ut blir N W E γ 40 103 [J/s] 6.63 10 26 [J] 6 1029 fotoner per sekund (6) 2

Problem 40.11 Ljus med våglängd λ 400 nm och intensitet I 10 9 W/m 2 slår ut elektroner från ytan av en bit Kalium (där utträdesarbetet uppmätts till Φ 2.25 ev). Vad är den maximala kinetiska energin E k hos fotoelektronerna? Den maximala kinetiska energin en fotoelektron kan ha beror bara på våglängden hos det infallande ljuset Fotonernas energi är E k hf Φ λ Φ (7) λ 6.63 10 34 [Js] 3 10 8 [m/s] 400 10 9 4.97 10 19 J 3.11 ev (8) [m] Den maximala kinetiska energin hos en fotoelektron blir alltså E k 2.25 0.86 ev 3.11! Figur 1: Fotoelektrisk effekt: En foton lämnar över all sin energi i en enda stöt när den väl träffar på en elektron i metallen (t.v). φ 0 hf 0 är uträdesarbetet, dvs. den energi som krävs för att en elektron ska kunna frigöras. f 0 är den minsta frekvens som krävs för att frigöra elektronerna. 3

Problem 40.13 Tröskelvåglängden för fotoelektrisk effekt hos Cesium är λ 0 686 nm. Om ljus med med våglängd λ 470 nm infaller mot Cesium, vad blir fotoelektronernas maxhastighet? Utträdesarbetet svarar mot en tröskelfrekvens f 0 (för f < f 0 sker ingen fotoelektrisk effekt), dvs. Φ hf 0 och vi kan skriva om ekv. 7 h(f f 0 ) E k m ev 2 max 2 Uttrycket för fotoelektronens maxhastighet kan då skrivas som 2h(f f 0 ) 2( 1 λ v max 1 λ 0 ) (10) m e m e Med numeriska värden på Plancks konstant, h 6.63 10 34 Js, och elektronens massa (i SI-enheter), m e 9.11 10 31 kg, får vi att v max 5.4 10 5 m/s 540 km/s. Problem 40.25 Vad är frekvensen hos en foton, vars energi är två gånger elektronens vilomassa? Vad är dess rörelsemängd? Vi har sett att elektronvolt [ev] är smidig enhet att jobba med, där 1 ev är den energi det går åt att flytta en elektron (med laddning q e 1.602 10 19 Coulomb) över en potentialskillnad U 1 Volt (alltså, 1 ev q e U 1.602 10 19 J). Elektronens vilomassa är (i SI-enheter) m e 9.11 10 31 kg. Kilogram är en rätt otymplig enhet när man sysslar med enskilda partiklar - den naturliga enheten inom partikelfysiken är alltsom oftast elektronvolt. Det mesta (massa, längd, temperatur) kan uttryckas i elektronvolt. Exempelvis gäller för elektronens vilomassa E 0 m e c 2 9.11 10 31 [kg] (3 10 8 [m/s]) 2 8.2 10 14 J 511 kev (11) (Alltså säger man att elektronens massa, m e E 0 /c 2 511 kev/c 2 ) En foton med frekvens f har energin E hf. Vi söker frekvensen för en elektron vars energi E 2E 0 f E h 2E 0 h 2m ec 2 2 511 103 [ev ] h 4.14 10 15 [ev s] 2.5 1020 Hz (12) Fotonens rörelsemängd (9) p E c 2E 0 c 2m e c 2 9.11 10 31 3 10 8 kgm/s 5.5 10 22 kgm/s (13) 4

(Alternativt hade man kunnat svara med naturliga enheterätt rörelsemängden blir p 2m e c 1022 kev/c) 5

Problem 40.29 Röntgen-fotoner med energi E 40 kev sprids mot elektroner (Comptonspridning). Vad är i detta fall den maximala kinetiska energin för en Comptonspridd elektron? Våglängden för en foton som sprids mot en elektron ändras λ λ λ λ C (1 cos θ) (14) Elektronens Compton-våglängd, λ C λ C h m e c (15) Vi ser att maximala ändringen av fotonens våglängd ( λ) max λ C (1 + 1) 2λ C (för θ π) (16) Energin hos fotonen efter spridningen E λ λ + 2λ C E + 2 h m ec E 1 + 2E m ec 2 (17) Eftersom den totala energin är konstant (E innan E efter ) där E innan E 40 kev och E efter E + K, får vi att den maximala kinetiska energin som elektronen kan ha K max E E K max E E 1 + 2E 40 40 m ec 1 + 2 40 2 511 [kev] 5.4 kev (18) Problem 40.31 En foton har våglängden λ λc (där λ C fotonens energi? är Compton-våglängden). Vad är E λ m ec m e c 2 511 kev (19) λ C h 6