Fysik 8 Modern fysik Innehåll Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik 1. Relativitetsteori Speciella relativitetsteorin Allmänna relativitetsteorin Two Postulates Special Relativity (1 of 5) <http://www.youtube.com/watch?v=wdfnrwggbd0> Pythagoras sats: Time Dilation Albert Einstein and the Theory of Relativity <http://www.youtube.com/watch?v=khjpbjgimvk&feature=related> <http://www.youtube.com/watch?v=khjpbjgimvk> 1
Tidsdilatationen En observatör i vila anser att tiden i ett rörligt koordinatsystem går långsammare. Längdkontraktion Tiden i det egna koordinatsystemet kallas egentid. Vi mäter stavlängden med klockor i vila i respektive koordinatsystem. I det stillastående systemet startas klockan när stavens högra ända når origo och stoppas klockan när den vänstra ändan passerar samma punkt. Klockan visar då tiden t. Mätobjektet har sin största längd i det koordinatsystem i vilket det befinner sig i vila. τ = 2,0 μs v=0,998 c s=6000 m Myoner Denna längd kallas egenlängden. E=mc 2 Vilomassan hos en proton: E=m 0 c 2 = ev m p =1,67*10 27 c 0 =3,0*10 8 1eV=0,16*10 18 J 2
F = ma Uppgifter E=mc 2 1 7 1 8 1 10 1 11 1 3 1 6 1 12 Vilomassan hos en proton: E=m 0 c 2 = ev m p =1,67*10 27 c 0 =3,0*10 8 1eV=0,16*10 18 J Uppgifter 1 7 1 8 1 10 1 11 1 12 1 3 1 6 3
Elektromagnetisk strålning en laddad partikel i vila omges av elfält i konstant hastighet skapar magnetfält i accelererad rörelse producerar elektomagnetisk strålning Våg http://www.colorado.edu/physics/2000/waves_particles/wavpart4.html Elektromagnetisk strålning Elektromagnetisk strålning Elektromagnetiska vågor finns i olika våglängd och används för olika ändamål. kortare våg högre energi Den elektromagnetiska strålningens partiklar kallas fotoner fotonens hastighet är c fotonen har ingen laddning fotonen har ingen massa fotoelektrisk effekt Elektromagnetisk strålning Fotonens energi är E = hf f är strålningens frekvens h = 6,626 10 34 Js kallas Planks konstant Exempel En lampa emitterar gult ljus med våglängden 580 nm. a) Beräkna energin för ljuskvantat. b) Beräkna energin i elektronvolt (1 ev = 1,60 10 19 J) fotoelektrisk effekt 4
Exempel v=fλ c=fλ f=c /λ En lampa emitterar gult ljus med våglängden 580 nm. a) Beräkna energin för ljuskvantat. b) Beräkna energin i elektronvolt (1 ev = 1,60 10 19 J) Röntgenrör Uppgifter Accelererar elektroner över hög spänning arbetet W = eu blir energi Ek=½ mv 2 eu=½ mv 2 de bromsas upp och det uppkommer x ray E = hf hf=eu c=fλ c=f max λ min 1 10 1 12 2 7 2 13 Den minsta våglängden för strålning från ett röntgenrör är 1,2 nm. Hur stor är elektronens accelerationsspänning? Arbetet: W = eu Energin: E = hf I ett röntgenrör accelereras elektroner med 15 kv spänning. Beräkna den uppkomna strålningens största frekvens. Relativitesteorin Fotoelektrisk effekt E=mc 2 E=hf hf = mc 2 c = λf http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=342.0 http://www.walter fendt.de/ph11e/photoeffect.htm http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=342.0 fotonens rörelsemängd p = mv 5
Fotoelektrisk effekt hf = W 0 +E k Fotoelektrisk effekt E k E k = hf W 0 2 8 2 12 f 0 f 2 13 W 0 Electron Waves Unveil The Microcosmos http://www.vega.org.uk/video/programme/66 0 >? min 27 >31.30 min Elektronvågor materiavågor / de Broglie vågor vågpartikeldualismen gäller även materia FreeScienceLectures Dr. Quantum Explains Double Slit Experiment http://www.youtube.com/watch?v=6q4_nl0icao Electron Waves Unveil The Microcosmos http://www.vega.org.uk/video/programme/66 0 >? min 27 >31.30 min Exempel e acceleras 1,5 kv beräkna våglängden me = 9,11 * 10 31 kg e = 1,60 * 10 19 C U = 1,5 *10 3 V eu= ½mv 2 h = 6,626 10 34 Js Det vi "talar om" (dualiteten) handlar om sannolikheter. För många partiklar (som vi nästan alltid har att göra med) kan man förklara hur gruppen kommer att bete sig. Jämför med kinetisk gasteori, radioaktivt sönderfall m.m. Men vi kan aldrig beräkna var en enskild partikel kommer att hamna "eller var den är". Det vi kan göra är att beräkna sannolikheten för var den kommer att hamna. 6
Uppgifter Spektra I Test 1 sid 30 2 19 2 21 2 24 spektrum, intensitet som funktion av våglängd λ 2 8 2 12 2 13 kontinuerligt, alla våglängder monokromatiskt, specifik våglängd Emissionsspektrum E=hf linjespektrum atomspektra http://www.colorado.edu/physics/2000/quantumzone/index.html Varje kemisk förening har ett karekteristiskt molekylspektra neon Svartkroppsstrålning Absorptionsspektrum I Kontinuerligt spektrum Tλmax = b (b=2,898*10 3 mk) λ Atomerna i en gas absorberar samma våglängder som de emitterar solens temperatur? http://jersey.uoregon.edu/vlab/elements/elements.html 7
Energinivåerna i en atom spegel Laser grundtillstånd E 1 pumpad (exciterad) kvanttal n n=1 stimmulerad emmission samma fas joniseringsenergi Energin hos ett kvantum är skillnaden mellan de totala energierna hos en elektron i de olika energitillstånden E E3 E2 halvgenomsläpplig spegel hf=e m E n E1 samma fas samma våglängd samma riktning En atom kan absorbera energi endast i form av bestämda kvanta, varvid atomen exiteras http://www.colorado.edu/physics/2000/lasers/lasers4.html Uppgifter 3 9 3 10 3 11 3 14 <http://www.colorado.edu/physics/2000/lasers/lasers3.html> Laser <http://www.colorado.edu/physics/2000/lasers/lasers4.html> http://nobelprize.org/educational_games/physics/laser/ Väteatomens spektrum Johann Balmer synligt spektrum Väteatomens spektrum ljus utanför synligt spektrum Rydbergs konstant R H = 1,097 * 10 7 m 1 http://www.colorado.edu/physics/2000/quantumzone/index.html 8
Exempel Vi sätter in fotonens energi i uttrycket Beräkna H α (första röda) linjen m=3, n=2 n är kvanttalet och bestämmer energinivåerna hcr = 13,6 ev är atomens joniseringsenergi http://www.colorado.edu/physics/2000/quantumzone/index.html Rydbergs konstant R H = 1,097 * 10 7 m 1 hcr = 13,6 ev Hur mycket energi bör tillföras för att lyfta elektronen till tredje skalet? 1,5 3,4 n=3 n=2 Potentiella energin är noll i oändligheten och negativ närmare Energinivåschema 13,6 n=1 3 16 3 17 3 22 Jul läxa, Läs 3.4, 3.5 48 59 9
Bilagor fy8_likformigrorelse.pps fy8_langdkontraktion.pps