Vågfysik. Ljus: våg- och partikelbeteende

Relevanta dokument
F2: Kvantmekanikens ursprung

Kvantmekanik. Kvantmekaniken: De naturlagar som styr förlopp i den mikroskopiska världen (och i den makroskopiska!) Kvantmekanik.

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

Fysik TFYA68. Föreläsning 11/14

Milstolpar i tidig kvantmekanik

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

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

7. Atomfysik väteatomen

Kapitel 4. Materievågor

1.5 Våg partikeldualism

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

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

Fysik TFYA86. Föreläsning 10/11

Strålningsfält och fotoner. Kapitel 25: Vågor och partiklar

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

FyU02 Fysik med didaktisk inriktning 2 - kvantfysik

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

Kapitel 36, diffraktion

Lösningar Heureka 2 Kapitel 14 Atomen

1. Elektromagnetisk strålning

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

Kvantmekanik. Kapitel Natalie Segercrantz

Välkomna till Kvantfysikens principer!

Väteatomen. Matti Hotokka

Fysik. Laboration 3. Ljusets vågnatur

Bohrs atommodell. Uppdaterad: [1] Vätespektrum

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

Kapitel 7. Atomstruktur och periodicitet. Kvantmekanik Aufbau Periodiska systemet

Information om kursen

Utveckling mot vågbeskrivning av elektroner. En orientering

I Einsteins fotspår. Kvantfysik och Statistisk fysik. Lars Johansson, Karlstads universitet. I Einsteins fotspår

Medicinsk Neutron Vetenskap. yi1 liao2 zhong1 zi3 ke1 xue2

Kapitel 7. Atomstruktur och periodicitet

Hur påvisas våg-partikeldualiteten

Vågfysik. Geometrisk optik. Knight Kap 23. Ljus. Newton (~1660): ljus är partiklar ( corpuscles ) ljus (skugga) vs. vattenvågor (diffraktion)

Fysiska institutionen april 1983 Hans Linusson, Carl-Axel Sjöblom, Örjan Skeppstedt januari 1993 FY 2400 april 1998 Distanskurs LEKTION 25.

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

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

ANDREAS REJBRAND NV1A Fysik Elektromagnetisk strålning

Number 14, 15, 16, and 17 also in English. Sammanställning av tentamensuppgifter Kvant EEIGM (MTF057).

Kapitel 7. Atomstruktur och periodicitet. Kvantmekanik Aufbau Periodiska systemet

The nature and propagation of light

2.6.2 Diskret spektrum (=linjespektrum)

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

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

1 Hur förklarar du att det blev ett interferensmönster i interferensexperimentet med elektroner?

Frågor till filmen Vi lär oss om: Ljus

Fotoelektriska effekten

Kapitel 1. Kvantmekanik

TEKNISKA HÖGSKOLAN I LULEÅ lp2 96 Avd. för Fysik Per Arve. Laboration i Kvantfysik för F

1. Kundts rör. Stående vågor i ett rör med slutna ändar. 2. Ultrajud. Fasförhållande, våglängd och superposition.

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

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

Vågrörelselära och optik

Diffraktion... Diffraktion (Kap. 36) Diffraktion... Enkel spalt. Parallellt monokromatiskt ljus gör att skuggan av rakbladet uppvisar en bandstruktur.

Kvantfysik - introduktion

Preliminärt lösningsförslag till Tentamen i Modern Fysik,

Innehåll. Kvantfysik. Kvantfysik. Optisk spektroskopi Absorption. Optisk spektroskopi Spridning. Spektroskopi & Kvantfysik Uppgifter

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

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

Rydbergs formel. Bohrs teori för väteliknande system

Diffraktion och interferens

Instuderingsfrågor Atomfysik

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

Kvantfysikens grunder. Mikael Ehn Period III, 2017

Gauss Linsformel (härledning)

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

Föreläsning 3 Heisenbergs osäkerhetsprincip

Diffraktion och interferens Kapitel 35-36

Edwin Hubbles stora upptäckt 1929

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

Kapitel 35, interferens

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 3

Röntgenstrålning och Atomkärnans struktur

Kvantmekanik - Gillis Carlsson

Diffraktion och interferens

Övning 6 Antireflexbehandling. Idén med antireflexskikt är att få två reflektioner som interfererar destruktivt och därmed försvagar varandra.

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK december 2011

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

Kurs PM, Modern Fysik, SH1011

Re(A 0. λ K=2π/λ FONONER

3.7 γ strålning. Absorptionslagen

Föreläsning 6. Amplituder Kvanttillstånd Fermioner och bosoner Mer om spinn Frågor Tentan. Fk3002 Kvantfysikens grunder 1

Vågrörelselära och optik

Föredrag om relativitetsteorin AFI Håkan Sjögren

Diffraktion och interferens

6. Kvantfysik Ljusets dubbelnatur

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Lösningsförslag

Fysik (TFYA14) Fö 5 1. Fö 5

F3: Schrödingers ekvationer

Andra föreläsningen kapitel 7. Patrik Lundström

KVANTTANKAR. En inledning till kvantfysik med fokus på tankeexperiment. Sören Holst

Laboration 1 Fysik

Vågrörelselära och optik

Övning 6 Antireflexbehandling

Kvantbrunnar Kvantiserade energier och tillstånd

Kvantfysikens principer, FK2003 Extramaterial 2: Stern-Gerlach med fotoner, v1.1

Interferens (Kap. 35) Interferens (Kap. 35) Interferens mellan vågor från två punktformiga källor. Skillnad mellan interferens och diffraktion

Laboration i röntgendiffraktion och laserdiffraktion för E

Tentamen i Fysik för π,

Transkript:

Vågfysik Modern fysik & Materievågor Kap 25 (24 1:st ed.) Ljus: våg- och partikelbeteende Partiklar Lokaliserade Bestämd position & hastighet Kollision Vågor Icke-lokaliserade Korsar varandra Interferens & diffraktion 1

Observationer: Kvantfysiken Elektromagnetisk strålning som visar partikelbeteende: Fotoelektrisk effekt: ljus i interaktion med materia fotoner Röntgenstrålning i interaktion med materia Partiklar (elektroner) som visar vågbeteende: Elektrondiffraktion Dubbelspaltexperiment med elektroner Spektroskopi för att undersöka atomens struktur Spektrometer: spektrum Bestämma våglängder i emissionsspektra. 2

Linjespektrum Kontinuerlig spektrum Solen, glödlampa, Diskret spektrum - linjespektrum Urladdningsrör, Olika atomer har olika linjespektra. Atomär spektroskopi analys av okända ämnen Linjespektrum för väteatomen H-atomen: atomnummer = 1 1 elektron, 1 proton Observerat av Balmer, 1885 (UV) 91.18nm λ = 1 1 n = 3, 4, 5, 6 2 2 2 n Balmerserien (för alla n) (IR) För 30 år ingen teori för att förklara linjespektra! 3

Newtoniansk mekanik: kontinuerlig variation av massa, hastighet, energi, Här: diskreta värden Linjespektra för väte (m, n heltal) Stående vågor (m heltal) Samband? hänger ihop med atomens struktur (se kvantfysik) Röntgenstrålning W. Röntgen, 1895 Katodstrålrör Röntgenstrålning (X-rays) Partiklar? Vågor? Våglängd? 4

Röntgendiffraktion från kristallgitter 1900: röntgenstrålning : elektromagnetiska vågor med kort våglängd. 1912, von Laue: diffraktion för röntgenstrålning observerades. avstånd mellan atomer i gitter ~ 0.1 nm 3D- diffraktionsgitter röntgenstrålning har λ ~ 0.01 nm 10 nm Braggs lag Ett atomär plan reflekterar och transmitterar röntgenstrålning. Reflektioner från olika plan interfererar med varandra. W.L. Bragg: Röntgenstrålning interfererar konstruktivt om: r = d cos θ = m mλ 2 m = 1, 2, 3 d = avstånd mellan atomära plan Braggs lag 5

Diffraktionsspektrum Kristallen roteras. Olika uppsättningar av plan har olika interplanära avstånd d. För varje uppsättning (varje d) uppfylls Braggs lag för en viss infallsvinkel θ. d cosθm = mλ 2 m = 1, 2, 3 Röntgendiffraktion i transmission Ett röntgenrör skickar ut olika våglängder. Exempel på diffraktionsmönster Röntgenmonokromator diffraktion 6

Fotonmodellen för ljus Tre postulat (Einstein): Ljus består av diskreta massalösa enheter som kallas fotoner, som rör sig med ljusets hastighet 3x10 8 m/s. Varje foton har en energi E photon = hf där f är ljusets frekvens och h är en universell konstant, kallad Plancks konstant. h = Plancks konstant = 6.63 10-34 Js Superpositionen av tillräckligt många fotoner har ljusets klassiska vågkaraktär. Fotoner är ett uttryck för partikelkaraktär hos ljus. Finns det även partiklar med vågkaraktär? Elektrondiffraktion Davisson & Germer, Bell Labs, 1927 Elektronernas reflektion från metallytor. Rotera elektrondetektorn. Maxima och minima i intensitet observerades. Liknande Braggs diffraktion. Braggs lag även för elektroner! Vilken våglängd? 7

Materievågor - elektronvågor De Broglie postulerade: Med en elektron med massa m och rörelsemängd p=mv kan en elektronvåg associeras som har en våglängd: λ = h p h = Plancks konstant = 6.63 10-34 Js Interferens även hos neutroner 8

Kvantisering av energi Partikel i en låda: en partikel med massa m som är begränsad i sin rörelse till en 1-D låda med längd D. Om partikeln har vågkaraktär kan denna rörelse i lådan betraktas som en stående våg. 2L λn = = n E = E k h pn p 2 p = 2m h = n 2L n=1, 2, 3, Rörelsemängd och energin kan bara ha vissa diskreta värden. Detta betyder att partikelns energin är kvantiserad pga att dess rörelse är begränsad. 9