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

Relevanta dokument
Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

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

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

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

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

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 1

Lösningar Heureka 2 Kapitel 14 Atomen

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 3

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

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

Milstolpar i tidig kvantmekanik

Tentamen i fysik B2 för tekniskt basår/termin VT 2014

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

FyU02 Fysik med didaktisk inriktning 2 - kvantfysik

Preliminärt lösningsförslag till Tentamen i Modern Fysik,

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

Tentamen i Fysik för π,

Försättsblad Tentamen (Används även till tentamenslådan.) Måste alltid lämnas in. OBS! Eventuella lösblad måste alltid fästas ihop med tentamen.

Tentamen Relativitetsteori , 27/7 2019

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 2

Tentamen i FysikB IF0402 TEN2:

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

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

Kurs: Kemi/Fysik 2 Fysikdelen Kurskod LUI103. Examinator: Anna-Carin Larsson Tentamens datum

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

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

12 Elektromagnetisk strålning

Tentamen i FUF050 Subatomär Fysik, F3

Röntgenstrålning och Atomkärnans struktur

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral)

Kärnfysik och radioaktivitet. Kapitel 41-42

Mer om E = mc 2. Version 0.4

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

Lösningar del II. Problem II.3 L II.3. u= u MeV = O. 2m e c2= MeV. T β +=

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

Försättsblad Tentamen (Används även till tentamenslådan.) Måste alltid lämnas in. OBS! Eventuella lösblad måste alltid fästas ihop med tentamen.

KEMA00. Magnus Ullner. Föreläsningsanteckningar och säkerhetskompendium kan laddas ner från

Från atomkärnor till neutronstjärnor Christoph Bargholtz

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

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

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

FK Kvantfysikens principer, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning, onsdag 16 december 2015, kl 17:00-22:00

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

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

Tentamen i FUF050 Subatomär Fysik, F3

Instuderingsfrågor Atomfysik

Rörelsemängd och energi

Miljöfysik. Föreläsning 5. Användningen av kärnenergi Hanteringen av avfall Radioaktivitet Dosbegrepp Strålningsmiljö Fusion

Materiens Struktur. Lösningar

FK Kvantfysikens principer, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning, onsdag 21 december 2016, kl 17:00-22:00

Föreläsning 3. Radioaktivitet, alfa-, beta-, gammasönderfall

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Vågrörelselära och optik

Tentamen Relativitetsteori

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

Prov Fysik B Lösningsförslag

Fysik, atom- och kärnfysik

Svar och anvisningar

Fysik TFYA68. Föreläsning 11/14

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral)

Kvantfysik - introduktion

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Vågfysik. Ljus: våg- och partikelbeteende

Föreläsning 3. Radioaktivitet, alfa-, beta-, gammasönderfall

ɛ r m n/m e 0,43 0,60 0,065 m p/m e 0,54 0,28 0,5 µ n (m 2 /Vs) 0,13 0,38 0,85 µ p (m 2 /Vs) 0,05 0,18 0,04

1 Den Speciella Relativitetsteorin

Svar och anvisningar

Atomen - Periodiska systemet. Kap 3 Att ordna materian

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

Hjälpmedel: Grafritande miniräknare, gymnasieformelsamling, linjal och gradskiva

Atom- och kärnfysik! Sid i fysikboken

Atomens historia. Slutet av 1800-talet trodde man att man hade en fullständig bild av alla fysikaliska fenomen.

Tentamen i Modern fysik, TFYA11, TENA

LUNDS KOMMUN POLHEMSKOLAN

Bohrs atommodell. Uppdaterad: [1] Vätespektrum

2. Hur många elektroner får det plats i K, L och M skal?

11 Kärnfysik LÖSNINGSFÖRSLAG. 11. Kärnfysik. 3, J 3, ev 1,9 ev. c 3, E hc. 5, m 0,36 pm. hc 1, m 1,43 pm

Svar och anvisningar

Theory Swedish (Sweden)

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

Kvantmekanik. Kapitel Natalie Segercrantz

6. Kvantfysik Ljusets dubbelnatur

Vilken av dessa nivåer i väte har lägst energi?

Miniräknare, formelsamling

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

Föreläsning 09 Kärnfysiken: del 1

Tentamen för FYSIK (TFYA68)

LÖSNINGSFÖRSLAG. 11. Kärnfysik. c 3, , J 3, ev 1,9 ev. E hc. 5, m 0,36 pm. hc 1, m 1,43 pm E 6, ,0 10 8

Extrauppgifter som kompletterar uppgifterna i Foot:

Solens energi alstras genom fusionsreaktioner

Kvantmekanik och kemisk bindning I 1KB501

Temperatur T 1K (Kelvin)

Atomkärnans struktur

Kvantbrunnar Kvantiserade energier och tillstånd

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

c = λ ν Vågrörelse Kap. 1. Kvantmekanik och den mikroskopiska världen Kvantmekanik 1.1 Elektromagnetisk strålning

Lösningar del II. Problem II.3 L II.3. u u MeV O. 2m e c2= MeV T += MeV Rekylkärnans energi försummas 14N

Marie Curie, kärnfysiker, Atomfysik. Heliumatom. Partikelacceleratorn i Cern, Schweiz.

Till exempel om vi tar den första kol atomen, så har den: 6 protoner, 12 6=6 neutroner, 6 elektroner; atommassan är också 6 men masstalet är 12!

Transkript:

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801) Lördag 15 december 2012, 9.00-14.00 Kursansvarig: Magnus Paulsson (magnus.paulsson@lnu.se, 0706-942987) Kom ihåg: Ny sida för varje problem. Skriv ditt namn och födelsedatum på varje sida. Tillåtna hjälpmedel: Miniräknare, tabell/formel-samling. Formelblad kommer också med tentan! 3 poäng per uppgift. Max 24 poäng, 12 poäng för godkänt och 18 för VG. 1) Fotoelektrisk effekt: Om vi skickar in UV-ljus med våglängden 226 nm mot en katod gjord av järn (utträdesarbete 4.5 ev) hoppar elektroner ut från metallen. a. Vad är den maximala kinetiska energin hos elektronerna som lämnar katoden? b. Varför är den fotoelektriska effekten viktig för vår förståelse av ljus? Redogör kortfattat. 2) Bohr atomen: Beräkna våglängder för absorption för enkelt joniserade helium atomer (övergångar från lägsta tillståndet n=1 till n=2, 3, och 4 räcker). Ligger någon i det synliga området ~ 390-750 nm? 3) Fusion: I solen genereras energi genom att 4 väteatomer slår sig samman och bildar He. Reaktionen kan förenklat beskrivas i två steg: + + +, och 2. Notera att den första delen måste ske två ggr och att elektron/positron paret kommer att anhileras och bidra till energin som avges. a. Beräkna den energi mängd som avges när fyra väteatomer bildar en heliumatom. b. Energin som avges strålas i huvudsak ut som svartkroppsstrålning. Solens yta har en temperatur på ca 5800 Kelvin och en radie på 7.0 10. Hur mycket Helium (massa) bildas per sekund i solen? (m( ) = 1.007825032 u, m( ) = 4.002603254 u, arean för sfär=4 ) (Förutom ljus sänder solen ut ca 3% av den energi som genereras som neutriner. Dessa passerar oftast genom jorden utan att krocka. I experiment som detekterar neutriner från solen upptäckte man att man får lite mindre neutriner än förväntat. Detta förklaras nu med att det finns olika slags neutriner, sök på solar neutrino problem om du vill läsa mer.) 4) Halveringstid: Uran finns i huvudsak som två isotoper på jorden, masstal 235 med halveringstid 704 miljoner år och 238 med halveringstid 4.47 miljarder år. Den isotop som används för kärnkraft är fastän den endast utgör 0.715% av uran-atomerna på jorden. Uppskatta jordens ålder från den relativa förekomsten av och. Vilket antagande är du tvungen att göra för att uppskatta åldern?

5) Gamma strålning: I en gamma detektor registreras energin hos inkommande γ-fotoner från sönderfall, se figur. Samtidigt detekterar man fotoner som Compton-spridits. Vad har, de Compton-spridda fotoner som detekteras efter att ha gått rakt igenom detektorn innan de sprids tillbaka (180 grader), för energi? 6) Periodiska systemet: Förklara hur elektronskalen fylls upp med elektroner för de första 22 grundämnena (H, He, Li, Be, B, C, N, O, F, Ne, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar, K, Ca, Sc, Ti). a. Vilka skal fylls på? Hur många elektroner kan vara i skalen? Figuren nedan hjälper till att komma ihåg vilken ordning skalen fylls på. (Du kan hoppa över atomer men ha med de i början och slutet på varje underskal.) b. Vad betyder detta för det periodiska systemet? 7) Svartkroppsstrålning: Anta att vi bygger en termos genom att skapa vakuum utanför en kub med sidlängden 1 dm. Kuben innehåller kaffe med temperaturen 70 grader Celsius (~ 340 grader Kelvin) och är placerad i en vakuumkammare vars väggar är vid absoluta nollpunkten (temperaturen 0 Kelvin). Hur stor effekt värmestrålning utstrålas från kaffekuben? (Anta att både kuben och vakuumkammarens väggar är svartkroppar) 8) Garageparadoxen: Om en tre meter lång Cadillac rör sig med 80 % av ljushastigheten (0.8 c) så blir den kortare (i vårt referenssystem) på grund av längdkontraktion. Kommer den att få plats i ett 2 m långt garage? Vad tycker föraren (kommer bilen att få plats)? Resonera om paradoxen. Varför kan bilen både få plats och inte på samma gång? Lycka till!

Konstanter: Ljusets hastighet i vakuum: c 2.99792458 10 m/s Permabilitet i vakuum 4 10 Vs/(Am) Permittivitet i vakuum 8.854187817 10 As/(Vm) Planks konstant h 6.6260688*10-34 Js Elementarladdningen e 1.60217646*10-19 C Gravitationskonstaten G 6.673*10-11 Nm 2 /kg 2 Tyngdaccelerationen g 9.81 m/s 2 Avogados tal N A 6.0221420*10 23 st/mol Boltzamanns konstant k 1.3806503*10-23 J/K Elektronens massa m e 9.1093818*10-31 kg Elektronens viloenergi m e c 2 510.99906 MeV Protonens massa m p 1.67262158*10-27 kg Neutronens massa m n 1.67492716*10-27 kg Stefan-Boltzmanns konstant σ 5.67040*10-8 W/(m 2 K 4 ) Bohrradien a 0 0.529177208*10-10 m Atomär massenhet u 1.66053873*10-27 kg

Formelblad: Atom- och kärnfysik Relativistiska samband Tidsdilatation: t = t 0 1 v 2 c 2 Relativistisk massa: m = Längdkontraktion: l = l 0 1 v 2 c 2 m 0 1 Kinetisk energi: E k = m 0 c 2 1 v 1 2 c 2 Energi och rörelsemängd: E 2 = p 2 c 2 + m 2 0 c 4 Taylorutvecklingar för (v << c): Rörelsemängd: 1 v p = m v = 2 c 2 1 1 v 2 c 2 Total energi: m 0 v 1 v 2 c 2 E = mc 2 = m 0 c 2 + E k =1+ v 2 2c +K 1 v 2 =1 v 2 2 c 2 2c K 2 Fotoner Energi: E = h f = hc λ Comptonspridning: λ λ = h m 0 c Rörelsemängd: p = h λ ( 1 cosθ ) Fotoelektrisk effekt: hf = E ut + E kin Svartkroppsstrålning Total emittans: M e = σ T 4 Våglängdsmax: λ m = k W T Spektral emittans: dm e = σ = 5.6693 10 8 W /m 2 K 4 2πhc 2 λ 5 ( e hc λkt 1) dλ k W = 2.8979 10 3 mk Våg-partikel-dualism debroglievåglängd: λ = h mv t E h 2 Heisenberg: x p x h 2 Interferens Interferenslagen n λ = d sinθ Braggspridning n λ = 2d sinθ

Väteatomen Energin: E n = µe4 Banradien: 8ε 2 0 h Z 2 r 2 n 2 n = ε 0h 2 πµe n 2 2 Z = a 0 n 2 Z m µ = 1+ m M Övergång: 1 λ = Z 1 2 R H 2 n 1 2 1 n 2 1 R M = R R H = 1.09677580 10 7 m -1 R = 1.097373 10 7 m -1 1+ m M Kvanttalen: 13.6 ev E = n = 1, 2, 3,... L = h l(l + 1) l = 0, 1,..., n -1 n 2 L z = hm l m l = l,..., l S z = hm s m s = ± 1 2 Röntgenstrålning 1 K α : λ = R (Z 1 1)2 1 1 2 2 2 L α : 1 λ = R (Z 1 7.4)2 2 1 2 3 2 Kärnfysik α-sönderfall: Q α = ( M m M d M He ) c 2 Q T α = α 1 + M α M d β-sönderfall: β : Q = ( M m M d ) c 2 T β + T ν β + :Q = ( M m M d 2m e ) c 2 T β + T ν Halveringstid: N = N 0 e λ t Aktivitet: A = dn dt = A 0 e λ t = λ N t 1/ 2 = ln 2 λ Absorbtion av γ I = I 0 e µ x µ m = µ ρ Kärnreaktion a + X b + Y Q = (m a + m X m b m Y )c 2 = T b + T Y T a T X Dosekvivalent H = D QF 1 β, γ, X, p QF = 3-10 n 20 α Partiklar i E- och B-fält E pot = q U F E = q E F B = q v B Cirkelrörelse i magnetfält: r = mv qb