FYSIIKKA 8 AINE JASTEILY Hanna Sorsa Helsingin Rudolf

+ FYSIIKKA 8 AINE JASÄTEILY Hanna Sorsa Helsingin Rudolf Steiner -koulu

+ Keskeiset sisällöt n sähkömagneettinen säteily, röntgensäteily, mustan kappaleen säteily n valosähköilmiö n säteilyn hiukkasluonne ja hiukkasten aaltoluonne n Atomimallit, esimerkkinä Bohrin atomimalli n kvantittuminen, viivaspektri, atomin energiatilat ja energiatasokaavio n atomiytimen rakenne n radioaktiivisuus ja säteilyturvallisuus n massan ja energian ekvivalenssi n ydinreaktiot ja ydinenergia n aineen pienimmät osaset ja niiden luokittelu

+ 1 KVANTITTUMINEN MUUTTI KÄSITYKSEN LUONNONILMIÖISTÄ n http: //www. youtube. com/watch? v=tgj. Aap 1 j. Wl 4&list=UURm 1 c 2 5 y 72 Bj. WWDLB 2 fr. Bpw&index=91&feature=plpp_video n Historiaa valon kvanttiteorian löytymisestä

+ 1. 1 Sähkömagneettinen säteily Spektri esittää säteilyn intensiteetin aallonpituuden tai taajuuden funktiona. Kaasu emittoi säteilyä vain tietyillä aallonpituusalueilla: viivaspektri Kiinteät kappaleet ja nesteet emittoivat säteilyä kaikilla aallonpituusalueilla: jatkuva spektri Hehkulampun emissiospektri Emissiospektri on aineen lähettämän eli emittoiman sähkömagneettisen säteilyn spektri. Kaasun absorptiospektristä puuttuvat kaasun imemät eli absorboimat aallonpituudet.

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 λmax on säteilyn intensiteettimaksimia vastaava aallonpituus b on vakio = 2, 897756 · 10 -3 m · K. Wienin siirtymälaki kuvaa säteilyn intensiteettimaksimin lämpötilariippuvuutta.

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 -34 Js.

+ Käsitteitä n 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 n FOTONI eli valokvantti on hiukkanen, joka välittää sähkömagneettisen säteilyn. Se syntyy säteilyn emissiossa ja häviää absorbtiossa. Fotonilla on sekä aaltoliikkeen että hiukkasen ominaisuuksia. n KVANTITTUMINEN: Atomit luovuttavat ja vastaanottavat energiaa vain tietyn suuruisina paketteina (kvantteina).

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, Missä hf on elektronien saama kokonaisenergia ja W on elektronien irrottamiseen tarvittava työ.

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 Rajataajuudella fmin fotonin energia riittää heikoimmin sidottujen elektronien irrottamiseen. Tällöin elektronit eivät saa liike-energiaa ja elektronien irrottamiseen tarvittava energia on irrotustyö Wmin = hfmin. Fotoelektronien suurin mahdollinen liike-energia on Ekmax = hf – Wmin. Rajataajuuden fmin ja irrotustyön Wmin suuruudet riippuvat käytetystä metallista. Rajataajuutta pienemmillä taajuuden arvoilla valosähköilmiötä ei tapahdu.

1. 3 Valosähköilmiö (3/3) Comptonin sironta Kun fotoni törmää kimmoisasti vapaaseen elektroniin, osa fotonin energiasta muuttuu elektronin liike-energiaksi: Ek = hf 0 – hf, Missä f 0 on tulevan säteilyn taajuus ja f on sironneen säteilyn taajuus. Valosähköilmiö ja 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=NVnk. MR_myw 8&feature=relmfu