FYSIIKKA 8 AINE JA SÄTEILY

1. FYSIIKKA 8 AINE JASÄTEILY Hanna Sorsa Helsingin Rudolf Steiner -koulu

2. Keskeiset sisällöt • sähkömagneettinensäteily, röntgensäteily, mustankappaleensäteily • valosähköilmiö • säteilynhiukkasluonnejahiukkastenaaltoluonne • Atomimallit, esimerkkinäBohrinatomimalli • kvantittuminen, viivaspektri, atominenergiatilatjaenergiatasokaavio • atomiytimenrakenne • radioaktiivisuusjasäteilyturvallisuus • massanjaenergianekvivalenssi • ydinreaktiotjaydinenergia • aineenpienimmätosasetjaniidenluokittelu

3. 1 KVANTITTUMINEN MUUTTI KÄSITYKSEN LUONNONILMIÖISTÄ • http://www.youtube.com/watch?v=tgjAap1jWl4&list=UURm1c25y72BjWWDLB2frBpw&index=91&feature=plpp_video • Historiaavalonkvanttiteorianlöytymisestä

4. Spektri esittää säteilyn intensiteetin aallonpituuden tai taajuuden funktiona. Hehkulampun emissiospektri Emissiospektrion aineen lähettämän eli emittoiman sähkömagneettisen säteilyn spektri. Kaasun absorptiospektristä puuttuvat kaasun imemät eli absorboimat aallonpituudet. 1.1 Sähkömagneettinen säteily Kaasuemittoisäteilyä vain tietyilläaallonpituusalueilla:viivaspektri Kiinteätkappaleetjanesteetemittoivatsäteilyäkaikillaaallonpituusalueilla:jatkuvaspektri

5. 1.2 Säteilijän energia on kvantittunut (1/2) Musta kappale absorboi kaiken siihen osuvan säteilyn. (vrt. musta pinta ja valo) Mustan kappaleen säteilyn spektri riippuu kappaleen lämpötilasta. Wienin siirtymälaki Tλmax= b, missä T on kappaleen lämpötila λmaxon säteilyn intensiteettimaksimia vastaava aallonpituus b on vakio = 2,897756 · 10-3 m · K. Wienin siirtymälaki kuvaa säteilyn intensiteettimaksimin lämpötilariippuvuutta.

6. 1.2 Säteilijän energia on kvantittunut (2/2) Sähkömagneettisen säteilyn hiukkasmalli Säteily koostuu energiakvanteista eli fotoneista. Fotonin energia on E = hf = ja fotonin liikemäärä on p = , missä f on fotonin taajuus λ on säteilyn aallonpituus h on Plancin vakio = 6,6260755 · 10-34Js.

7. Käsitteitä • HILA: optiikassa käytetty levy, jossa on yhdensuuntaisia ja toisitaan yhtä etäällä olevia rakoja (tai uria). Hilaan osuessaan valon eri aallonpituudet heijastuvat eri kulmissa (diffraktoituminen)  spektri • FOTONI eli valokvantti on hiukkanen, joka välittää sähkömagneettisen säteilyn. Se syntyy säteilyn emissiossa ja häviää absorbtiossa. Fotonilla on sekä aaltoliikkeen että hiukkasen ominaisuuksia. • KVANTITTUMINEN: Atomit luovuttavat ja vastaanottavat energiaa vain tietyn suuruisina paketteina (kvantteina).

8. 1.3 Valosähköilmiö (1/3) • Valosähköisessä ilmiössä sähkömagneettinen säteily irrottaa elektroneja metallin pinnasta. Irronneet elektronit ovat fotoelektroneita. • Irrotessaan metallin pinnasta elektroni absorboi fotonin, jonka energia on hf. Elektronilla on irrotessaan liike-energia: • Ek = hf – W, • Missähf on elektronien saama kokonaisenergia ja W on elektronien irrottamiseen tarvittava työ.

9. 1.3 Valosähköilmiö (2/3) Valosähköilmiötä tutkitaan tyhjiöputkella. Kokeessa mitataan sähkövirtaa, kun jännitettä, valon taajuutta ja intensiteettiä muutetaan. http://phet.colorado.edu/fi/simulation/photoelectric Rajataajuudellafmin fotonin energia riittää heikoimmin sidottujen elektronien irrottamiseen. Tällöin elektronit eivät saa liike-energiaa ja elektronien irrottamiseen tarvittava energia on irrotustyö Wmin = hfmin. Fotoelektroniensuurinmahdollinenliike-energia on Ekmax = hf – Wmin. Rajataajuuden fmin ja irrotustyön Wmin suuruudet riippuvat käytetystä metallista. Rajataajuutta pienemmillä taajuuden arvoilla valosähköilmiötä ei tapahdu.

10. 1.3 Valosähköilmiö (3/3) Comptonin sironta Kun fotoni törmää kimmoisasti vapaaseen elektroniin, osa fotonin energiasta muuttuu elektronin liike-energiaksi: Ek = hf0 – hf, Missä f0on tulevan säteilyn taajuus ja f on sironneen säteilyn taajuus. Valosähköilmiöja Comptonin sironta osoittavat, että valo koostuu fotoneista, joiden energia on kvantittunut. Valo käyttäytyy joissakin tilanteissa kuin hiukkanen. Plancin vakion kokeellinen määrittäminen: http://www.youtube.com/watch?v=NVnkMR_myw8&feature=relmfu