Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

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

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

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

Lösningar Heureka 2 Kapitel 14 Atomen

Preliminärt lösningsförslag till Tentamen i Modern Fysik,

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 1

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

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

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

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

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

Tentamen i Fysik för π,

Milstolpar i tidig kvantmekanik

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

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

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

Tentamen i FysikB IF0402 TEN2:

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 3

Tentamen Relativitetsteori , 27/7 2019

Vågfysik. Ljus: våg- och partikelbeteende

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

Tentamen i fysik B2 för tekniskt basår/termin VT 2014

Kärnfysik och radioaktivitet. Kapitel 41-42

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

Mer om E = mc 2. Version 0.4

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

12 Elektromagnetisk strålning

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

WALLENBERGS FYSIKPRIS

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

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

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

Röntgenstrålning och Atomkärnans struktur

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 2

Svar och anvisningar

Miniräknare, formelsamling

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

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

Prov (b) Hur stor är kraften som verkar på en elektron mellan plattorna? [1/0/0]

Tentamen för FYSIK (TFYA68)

Instuderingsfrågor Atomfysik

Rörelsemängd och energi

Vågrörelselära och optik

FyU02 Fysik med didaktisk inriktning 2 - kvantfysik

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

Lösningar till tentamen i kärnkemi ak

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

Fysikaliska modeller

Bohrs atommodell. Uppdaterad: [1] Vätespektrum

Materiens Struktur. Lösningar

Räkneövning 5 hösten 2014

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

Lösningar till tentamen i kärnkemi ak

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

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

7. Atomfysik väteatomen

Prov Fysik B Lösningsförslag

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

Fysik TFYA68. Föreläsning 11/14

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

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (9FY321)

Tentamen Relativitetsteori , 29/7 2017

Förslag: En laddad partikel i ett magnetfält påverkas av kraften F = qvb, dvs B = F qv = 0.31 T.

Tentamen för FYSIK (TFYA86)

Tentamen för FYSIK (TFYA86)

Svar och anvisningar

Svar och anvisningar

Theory Swedish (Sweden)

Dopplereffekt och lite historia

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

Tentamen i FUF050 Subatomär Fysik, F3

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

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

Kaströrelse. 3,3 m. 1,1 m

Föreläsning 11 Kärnfysiken: del 3

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

Grundläggande energibegrepp

Tentamen Relativitetsteori

Vilken av dessa nivåer i väte har lägst energi?

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

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

Från atomkärnor till neutronstjärnor Christoph Bargholtz

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Kvantmekanik och kemisk bindning I 1KB501

1.5 Våg partikeldualism

Atomkärnans struktur

6. Kvantfysik Ljusets dubbelnatur

Tentamen för FYSIK (TFYA86 och 68)

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin 12. Kärnfysik Kärnfysik 1

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

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

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

Föreläsningsserien k&p

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

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

Materiens Struktur. Lösningar

Transkript:

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801) Torsdag 1 november 2012, 8.00-13.00 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! 1) I de svenska kärnkraftverken fissioneras 235 U och genererar ca 70 TWh/år (=2.52*10 17 J/år) elektricitet. Anta att all energi genereras i reaktionen: + + + 2 och att vi har 100% verkningsgrad i att omvandla värmen till elektricitet. Hur mycket 235 U förbränner vi per år i Sverige (mätt i kg)? Massor: = 235.0439299u, = 132.905451933u, 100.95320u, och = 1.008664916u. = (Detta är en approximativ beräkning, i verkligheten är detta bara en av många möjliga reaktioner, 101 Rb är starkt radioaktiv och avger också energi när den sönderfaller, och dessutom är effektiviteten endast ca 30% i att omvandla värmeenergi till elektricitet.) 2) Röntgenstrålning i en tandläkarröntgen skapas genom att elektroner accelereras av en elektrisk spänning på 75 kv och träffar ett stycke Volfram ( 74 W). a. Beräkna den kortaste våglängden på röntgenstrålningen. b. Vad är energin och våglängden för den karakteristiska strålningen K α från Volfram? 3) För att separera isotoper har man föreslagit att använda laserljus som bara exciterar en isotop av ett grundämne och inte andra isotoper. Om vi tittar på övergången n: 2 4i Balmerserien för väte atomen: a. Vad blir våglängden (nm), frekvensen (Hz) och energin (ev) för fotonerna som kan absorberas för vanligt väte ( #? b. Vad är motsvarande våglängd för Deuteriumatomen ( #? 4) I ett experiment ser vi att den första Braggreflektionen av elektroner mot en guldkristall uppträder vid Braggvinkeln 8.644 grader. Guldkristaller har ett avstånd mellan atomplanen som är 4.08 Å. a. Vad är elektronernas våglängd? b. Vilken spänning använde vi för att accelerera elektronerna?

5) Strontium-90 används ibland för att generera elektricitet till rymdsonder ( batteri ). Det radioaktiva sönderfaller skapar värme som i sin tur kan användas för att generera elektricitet. Strontium-90 har en halveringstid på 28.8 år. a. Hur lång tid krävs det för att 99% av 1 kg Strontium-90 ska sönderfalla? b. Hur långt hinner en rymdsond med 60% av ljushastigheten färdas innan batteriet tar slut. Vi antar att om den laddas med 1 kg Strontium före avfärd och att minst 10 g behövs för att batteriet ska vara användbart. 6) Jorden absorberar strålning från solen och strålar själv ut värmestrålning. Solens yttemperatur är 5800 K dess radie 7 10 & m, avståndet solen-jorden 150 10 m, och jordens radie 6.4 10 ' m. a. Uppskatta jordens medeltemperatur genom att anta att både jorden och solen strålar ut värmestrålning på samma sätt som svartkroppar. b. Diskutera vilka approximationer du / vi har gjort i denna uträkning. (Kom ihåg att arean för en sfär är ( = 4)* ) 7) I en masspektrometer undersöker vi de två silverisotoperna 107 Ag och 109 Ag som har massan 106.905 u och 108.905 u. Spektrometern är uppbyggd genom att silverjoner (enkelt joniserade) accelereras med en spänning på 10 kv för att sedan böjas av i ett konstant magnetfält vinkelrät mot jonernas hastighet. a. Vad är storleken på magnetfältet som behövs för att 107 Ag jonerna ska ha en radie på 1 m när de böjs av i magnetfältet? b. Vilken radie får 109 Ag jonerna? 8) Lorentztransformationen skrivs som: +, = -+ /0, 0, = -10 23 56 där - = 4 78 95 : 5 a. Visa att den relativistiska längden definierad som = ;+ < 0 är den samma för alla observatörer. b. Eftersom längden har samma värde för alla observatörer så är den användbar. Visa att alla punkter i rum-tiden som ligger i framtiden sett från origo har + < 0 < 0 och alltså en imaginär längd och att punkter som inte ligger i framtiden har en reell längd. (Den relativistiska längden är viktig och används ofta men vissa definierar den med omvänt tecken = ;< 0 +.) Lycka till!

Konstanter: Ljusets hastighet i vakuum: c 2.99792458 10 & m/s Permabilitet i vakuum > 4)10 8 Vs/(Am) Permittivitet i vakuum? 8.854187817 10 8 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 Längdkontraktion: Relativistisk massa: m = p = m v = m 0 v 1 v 2 c 2 m 0 1 v 2 c 2 l = l 0 1 v 2 c 2 1 Kinetisk energi: E k = m 0 c 2 Total energi: 1 v 1 2 c 2 Energi och rörelsemängd: E 2 = p 2 c 2 + m 2 0 c 4 1 Taylorutvecklingar för (v << c): 1 v =1+ v 2 2 2c +K 2 c 2 1 v 2 =1 v 2 c 2 2c K 2 Rörelsemängd: E = mc 2 = m 0 c 2 + E k 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 dm e = 2πhc 2 λ 5 ( e hc λkt 1) dλ Våglängdsmax: λ m = k W T σ = 5.6693 10 8 W /m 2 K 4 Spektral emittans: k W = 2.8979 10 3 mk Våg-partikel-dualism debroglievåglängd: λ = h mv Heisenberg: x p x 2 t E 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 h 2 0 πµe n 2 2 Z = a n 2 0 Z m µ = 1+ m M Övergång: 1 λ = Z 2 1 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,... n 2 L = ( + 1) = 0, 1,..., n -1 L z =m m =,..., S z = m 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 1 β, γ, X, p Dosekvivalent H = D QF 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