Planering Fysik för n, ht-08, lp 1 + lp 2 Kurslitteratur: Göran Jönsson: Fysik i vätskor och gaser, Teach Support 2007. markerar viktigt avsnitt, * markerar överkurs. Fem föreläsningar är markerade med utropstecken. Dessa är obligatoriska och vid dem kommer små testuppgifter i Termodynamik att delas ut och lösas. Du måste vara närvarande på minst 4 av 5 av dessa föreläsningar. 1. TEMPERATUR 1/9 Varmt och kallt 10 Temperaturskalor 11 Termodynamisk jämvikt 14 Vad är temperatur? 15 Värmeutvidgning 17 Längdutvidgning 17 Volymutvidgning 19 Volymutvidgning av vatten 20 Temperaturmätare 23 2. VÄRME 4/9 Vad är värme? 29 Värmekapacitet 30 Fasövergångar 32 Smältvärme och ångbildningsvärme 34 Avdunstning 35 Effekt 36 3. TRYCK Lufttryck 42 Tryckenheter 43 Pascals lag 45 Vätsketryck 46 Hydrostatiska paradoxen 48 Tryck i alla riktningar 49 Arkimedes princip 50 Koncentrationsbestämning 54 Ballonger 55 Kommunicerande kärl 56 4. IDEALA GASLAGEN 5/9 En vakuumshow 64 Ideala gaslagen 65
Gasdensitet och partikeldensitet 69 Höjdmätning med barometer 70 Partialtryck 73 Relativ luftfuktighet 75 5. REALA GASER OCH VÄTSKOR 8/9! Ideala och reala gaser 85 Van der Waals' ekvation 86 Kritisk temperatur 91 Molekylkrafter och potentiell energi 94 Ångtryckskurvor 98 Smältpunktens tryckberoende 101 Trippelpunkt 102 pvt ytor 104 11/9 *6. YTENERGI *7. STRÖMMANDE GASER OCH VÄTSKOR 8. TERMODYNAMIKENS FÖRSTA HUVUDSATS Makroskopiskt mikroskopiskt 156 Tryckhärledning 156 Temperaturhärledning 160 Frihetsgrader 160 Inre energi i en gas 161 Termodynamikens första huvudsats 162 Fyra tillståndsändringar 164 12/9 9. MOLAR VÄRMEKAPACITET Specifik eller molar värmekapacitet 172 Isokor värmekapacitet 172 Isobar värmekapacitet 174 Tvåatomiga gaser 175 Mysteriet med de saknade frihetsgrader na 178 Kvoten mellan C p och C V 180 15/9! Adiabatisk tillståndsändring 181 * Värmekapacitet i vätskor och fasta ämnen 184 * Dulong Petits lag 185 10. KRETSPROCESSER Arbete och värmemaskiner 189 Reversibel process 190 Irreversibel process 191
Termodynamikens andra huvudsats 192 Kretsprocess 193 Nettoarbete 194 Verkningsgrad 196 19/9 11. VÄRMEMASKINER, KYLSKÅP OC H VÄRMEPUMPAR Carnotprocessen 202 Stirlingprocessen 205 Kylmaskin 210 22/9! Kylskåp och luftkonditionering 211 Värmepump 214 Entropi 215 Entropin ökar och energin blir otillgänglig 217 Universums värmedöd 219 Entropi och tid 220 12. STATISTISK MEKANIK Medelvärden 226 Gaussfördelning 227 Maxwell Boltzmannfördelning 230 * Medelfart i en och tre dimensioner 234 * Translationsenergins medelvärde 235 Stöttal 235 Medelfriväg 238 13. VÄRMEÖVERFÖRING 26/9 Värmetransport 244 Värmebalans i kroppen 246 Tekniska tillämpningar 246 Ledning 247 Konvektion 251 Värmeövergång 252 Strålning 254 Samtidig värmeöverföring 259
Våglära och optik Kurslitteratur: Göran Jönsson & Elisabeth Nilsson: Våglära och optik, Teach Support 2007. markerar viktigt avsnitt, * markerar överkurs. 1. PERIODISK SVÄNGNING 29/9! Periodisk svängningsrörelse 12 Pendelrörelse 13 Energi hos svängningen 18 Dämpad svängning 20 3/10! 2. TVUNGEN SVÄNGNING OCH RESONANS Egenfrekvens och resonans 31 Odämpad tvungen svängning 31 * Dämpad tvungen svängning 35 * Vibrationspåverkan på kroppen 36 3. VÅGRÖRELSE Transversella och longitudinella vågor 41 Sfäriska och plana vågor 43 Ekvationen för en plan våg 45 6/10 Allmänna vågekvationen 47 * Våghastighet i en sträng 48 Olika mekaniska vågtyper 50 4. INTERFERENS Superpositionsprincipen 57 Interferens mellan två vågor 58 Stående vågor 63 Svävning 67 * Fashastighet och grupphastighet 69 5. DOPPLEREFFEKT Hastighetsbestämning 78 10/10 Dopplereffekt hos ljud 79 Samma relativa hastighet 81 Dopplereffekt när det blåser 82 Dopplerskift hos ljus 82 Överljudsfart 84 Överljusfart 86 6. LJUDTRYCK, FART OCH INTENSITET * Amplitudbeteckningar 92 * Härledning av ljudtryck 92
* Härledning av ljudets fart 95 * Ljudets fart i en gas 96 * Fartens temperaturberoende 98 Ljudintensitet 100 *7. HÖRSEL OCH RÖST *8. REFLEKTION AV LJUD *9. MUSIKINSTRUMENT OCH LJUDÅTERGIVNING *10. FREKVENSANALYS 11. ELEKTROMAGNETISKA VÅGOR 13/10 Det elektromagnetiska spektrumet 170 Ljusets fart 172 Maxwells ekvationer 174 * Generering av radiovågor 174 * Detektering av radiovågor 176 Elektromagnetiska vågor 178 Brytningsindex 181 Optisk väg 182 Dispersion 183 12. REFLEKTION OCH BRYTNING Partikel eller våg 189 Huygens princip 189 Geometrisk optik 191 17/10 Skugga 192 Brytningslagen 194 Reflektionslagen 195 Reflektans 197 Totalreflektion 198 Optisk tunneleffekt 199 Fiberoptik 200 * Prismor 202 * Regnbågen 204 13. AVBILDNING MED LINSER Sfäriska ytor 213 Brytning i en sfärisk yta 214 Tunna linser 219 27/10 Avbildning och förstoring 221 Parallella strålar 226
* Avbildningsfel 227 Två tunna linser 229 * Huvudplan 231 *14. PLANA OCH BUKTIGA SPEGLAR 15. OPTISKA INSTRUMENT 29/10 Ögat 260 Färg och färgseende 263 Additiv och subtraktiv färgblandning 264 * Stereoskopiskt seende 266 Glasögon 268 * Skyddsglasögon 271 Kameran 271 Skärpedjup 277 Projektorer 280 Vinkelförstoring 282 Luppen 283 Mikroskopet 284 30/10 Keplerkikare 286 Fältkikare 289 Galileikikare 289 Teleskop 291 * Bländare och pupiller 292 16. BÖJNING OCH UPPLÖSNING Fysikalisk optik 302 Böjning 302 Fraunhofer- och Fresnelböjning 302 Böjning i en spalt 304 Böjning i en cirkulär öppning 307 Babinets princip 309 3/11 Upplösning hos optiska system 310 Digital upplösning 311 Vinkelupplösning 313 Längdupplösning 315 Fokusering av en laserstråle 317 17. INTERFERENS OCH BÖJNING Böjning eller interferens 330 Youngs dubbelspaltförsök 330 Interferens mellan N spaltöppningar 333 Transmissions- och reflektionsgitter 338 5/11
Spektrometrar 341 Holografi 343 18. MULTIPELINTERFERENS 6/11 Reflektans 352 Antireflexbehandling 352 Multipla reflektioner 354 Metallspeglar och dielektriska speglar 356 Interferens i tunna skikt 358 * Fabry-Perotinterferometern 361 * Interferensfilter 365 *19. INTERFEROMETRAR MED AMPLITUDDELNING *20. POLARISERAT LJUS Atomfysik Kurslitteratur: Göran Jönsson & Elisabeth Nilsson: Tillämpad atomfysik, Teach Support 2005. 1. HISTORIK Antiken 9 10/11 Relativ atomvikt 9 Elektrolys 11 Periodiska systemet 12 Ljusutsändning 15 Rotation och vibration 16 Röntgenstrålning och radioaktivitet 17 Kinetisk gasteori 17 Tekniska framsteg 19 Elektronen 20 Thomsons atommodell 20 Relativitetsteorin 21 Fotonen 21 Dualism 21 Rutherfords atommodell 22 Isotoper 24 Bohrs atommodell 24 Kvantmekanik 25 2. RELATIVISTISK MEKANIK Inertialsystem 28 Galileis koordinattransformation 28 Eterns existens 31
Den speciella relativitetsteorin 33 12/11 Relativistiska effekter 34 Lorentztransformationen 39 Längdkontraktionen 42 Tidsdilatationen 44 Addition av hastigheter 47 Rörelsemängd och energi 48 13/11 Partiklar utan vilomassa 55 Dopplereffekt hos ljus 56 Fotonens massa 61 * Gravitationell rödförskjutning 62 Problemlösning 66 3. ELEKTRONEN Elektricitet 75 Elektrolys 75 Katodstrålar och elektroner 77 Avlänkning i elektriskt fält 77 Avlänkning i magnetiskt fält 79 Specifik laddning 81 Elektronens laddning 82 Elektronens vågegenskaper 84 17/11 Davisson och Germers försök 87 Elektronmikroskop 90 4. ATOMERNAS STORLEK OCH MASSA Atomernas storlek 96 Braggreflektion 97 * Spridningstvärsnitt 100 Atomernas massa 103 Isotoper 114 Atomär massenhet 114 Masspektrometrar 105 Bainbridges masspektrometer 106 19/11 Atomkärnan 109 5. FOTONEN Temperaturstrålare 118 Plancks strålningslag 119 Stefan-Boltzmanns lag och Wiens lag 124 Fotoelektriska effekten 126
Ljusdetektorer 130 * Inre fotoelektrisk effekt 132 * Comptonspridning 134 Heisenbergs obestämdhetsrelationer 138 6. BOHR-SOMMERFELDS ATOMMODELL 24/11 Atomspektroskopi 147 * Koncentrationsbestämning 150 Empiriska samband 151 Bohrs atommodell 154 Isotopskift 166 * Vätelika system 168 * Sommerfelds utvidgning 170 7. KVANTMEKANIK Klassisk mekanik kontra kvantmekanik 176 26/11 Vågfunktioner 177 Energin är kvantiserad 178 På jakt efter en vågfunktion 181 En komplex vågfunktion 183 Endimensionell låda 185 Potentialsteg med E > U 0 189 Potentialsteg med E < U 0 195 Tunnling 198 Alfasönderfall 199 Sveptunnelmikroskop 201 1/12 Tunneldiod 203 Tvådimensionell låda 204 Väteatomen 208 Centralfältsapproximation 212 *8. RIKTNINGSKVANTISERING* 9. DET PERIODISKA SYSTEMET Grundämnenas förekomst 231 Elektronskal 231 Paulis uteslutningsprincip 232 Skalens uppbyggnad 232 Underskal 234 * Det periodiska systemet 235 *10. KOPPLING AV RÖRELSEMÄNGDSMOMENT*
11. LASERFYSIK Den första lasern 262 3/12 Stimulerad emission 263 Boltzmannfördelningen 264 Livstid vid spontan emission 266 Naturlig linjebredd och dopplerbredd 270 Einsteinkoefficienterna 273 * Kristallasrar 276 He-Ne lasern 278 Resonanser i en laser 280 Enkelmodlaser 282 Gaslasrar 283 * Kontinuerligt avstämbara lasrar 283 Halvledarlasrar 285 8/12 Tillämpningar 287 12. RÖNTGENSTRÅLNING Röntgenundersökning 294 Bromsstrålning 295 Karakteristisk röntgenstrålning 297 Absorption och spridning av röntgenstrålning 301 Röntgentomografi 304 Antipartiklar 307 Parbildning och annihilation 310 Positronkamera 312 Uppbromsning av strålning i materia 313 13. RADIOAKTIVIVITET Stabila isotoper 319 Fyra naturkrafter 320 * Massdefekt 323 Sönderfallslagen 326 Alfasönderfall 330 Betasönderfall 331 Gammastrålning 334 * Kolfjorton metoden 336 * Kronologi 338 * Joniserande strålning 341
Räkneövningsplanering lp 1 Första övningen: 5/9 Förkunskaper: Kapitel 1 2 Räkneuppgifter: 1.2b, 1.4, 1.6, 2.2, 2.4, 2.5, 2.8 Diskussionsuppgifter: 1.9, 1.10, 1.14, 1.15, 2.12, 2.13, 2.19 Meningen med diskussionsuppgifterna är att du ska lära dig att prata fysik, dvs. förklara problem utan att göra några detaljerade beräkningar. Många av frågorna ställs och besvaras under föreläsningarna, men det finns också svar i facit. Andra övningen: 9/9 Förkunskaper: Kapitel 3 4 Räkneuppgifter: 3.3, 3.4, 3.5, 3.8, 4.4, 4.7, 4.14, 4.15 Diskussionsuppgifter: 3.13, 3.14, 3.20, 3.24, 3.25, 4.21, 4.22, 4.24, 4.25 Tredje övningen: 12/9 Förkunskaper: Kapitel 5 Räkneuppgifter: 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.7 Diskussionsuppgifter: 5.13, 5.14, 5.18, 5.23 Fjärde övningen: 18/9 Förkunskaper: Kapitel 8 Räkneuppgifter: 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5 Diskussionsuppgifter: 8.6, 8.10, 8.11, 8.12, 8.14 Femte övningen: 19/9 Förkunskaper: Kapitel 9 10 Räkneuppgifter: 9.1, 9.2, 9.4, 10.1, 10.2 Diskussionsuppgifter: 9.8, 9.10, 9.11, 10.4, 10.6, 10.7 Sjätte övningen: 26/9 Förkunskaper: Kapitel 11 Räkneuppgifter: 11.1, 11.2, 11.4, 11.5, 11.6, 11.7 Diskussionsuppgifter: 11.11, 11.12, 11.13, 11.14, 11.15 Sjunde övningen: 2/10 Förkunskaper: Kapitel 13 + Kapitel 1 (Våglära och optik) Räkneuppgifter: 13.1, 13.2, 13.5, 1.1, 1.5, 1.6, 1.8, 1.14, 1.20 Diskussionsuppgifter: 1.25 Åttonde övningen: 9/10 Förkunskaper: Kapitel 3 4 Räkneuppgifter: 3.2, 3.3, 3.4, 4.1, 4.2, 4.5, 4.8, 4.9 Diskussionsuppgifter: 3.11, 3.14, 3.17, 4.13, 4.15, 4.16, 4.19
Nionde övningen 16/10 Förkunskaper: Kapitel 5 och 7 Räkneuppgifter: 5.3, 5.8, 5.17, 5.6, 5.7, 5.11, 7.1, 7.2, 7.4, (7.7) Diskussionsuppgifter: 5.21, 5.24, 5.26, 7.13, 7.15 Tionde övningen 17/10 Förkunskaper: Kapitel 11 12 Räkneuppgifter: 11.4, 11.5, 11.6, 11.9, 11.10, 12.2, 12.4, 12.6, 12.8, 12.9 Diskussionsuppgifter: 11.12, 11.13, 11.15, 12.17, 12.18, 12.21 Elfte övningen 29/10 Förkunskaper: Kapitel 13 och 15 Räkneuppgifter: 13.3, 13.5, 13.7, 13.8, 13.22, 13.11, 13.13, 13.20, 13.28, 15.4, 15.5 Diskussionsuppgifter: 13.33, 13.36, 13.41, 15.32, 15.36, 15.38 Tolfte övningen 3/11 Förkunskaper: Kapitel 15 16 Räkneuppgifter: 15.10, 15.12, 15.13, 15.23, 15.26, 16.1, 16.2, 16.3, 16.7, 16.14, 16.23, 16.24 Diskussionsuppgifter: 16.30, 16.33, 16.35, 16.41, 16.42, 16.43 Trettonde övningen 5/11 Förkunskaper: Kapitel 17 Räkneuppgifter: 17.2, 17.5, 17.7, 17.12, 17.13 Diskussionsuppgifter: 17.18 Fjortonde övningen 10/11 Förkunskaper: Kapitel 18 Räkneuppgifter: 18.4, 18.12, 18.16, 18.18 Diskussionsuppgifter: 18.22, 18.24 Femtonde övningen 12/11 Förkunskaper: Kapitel 2 (Tillämpad atomfysik) Räkneuppgifter: 2.2, 2.3a, 2.4, 2.7, 2.13 Diskussionsuppgifter: 2.26, 2.27, 2.32 Sextonde övningen 17/11 Förkunskaper: Kapitel 2 3 Räkneuppgifter: 2.1, 2.14, 2.16, 2.24, 3.3, 3.6, 3.7, 3.9, 3.11 Diskussionsuppgifter: 2.29, 2.30, 2.32, 3.12, 3.15 Sjuttonde övningen 19/11 Förkunskaper: Kapitel 4 5 Räkneuppgifter: 4.1, 4.2, 4.7, 4.12, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.7 Diskussionsuppgifter: 4.14, 5.13, 5.14, 5.15, 5.16, 5.23, 5.26
Artonde övningen 26/11 Förkunskaper: Kapitel 6 Räkneuppgifter: 6.1, 6.2, 6.3, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.12, 6.20 Diskussionsuppgifter: 6.23, 6.24, 6.25 Nittonde övningen 3/12 Förkunskaper: Kapitel 7 Räkneuppgifter: 7.1, 7.2, 7.3, 7.5, 7.6, 7.8, 7.9 Diskussionsuppgifter: 7.16 Tjugonde övningen 10/12 Förkunskaper: Kapitel 11 12 Räkneuppgifter: 11.2, 11.4, 11.7, 12.2, 12.3, 12.6, 12.11, 12.13 Diskussionsuppgifter: 11.11, 11.12, 11.13, 12.17, 12.21, 12.22, 12.23