Fizyka.pdf

FIZYKA

FIZYKA JĄDROWA

ŚWIATŁO

LUPA

1. FIZYKA JĄDROWA

PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ NATURALNA

A - liczba masowa = l. nukleonów (p + n)

Z – liczba atomowa = l. Protonów

Promieniowanie α – składa się z cząstek naładowanych dodatnio ładunkiem dwukrotnie większym od ładunku elektronu.

Promieniowanie β – składa się z cząstek ujemnie naładowanych. Są to elektrony, ale ich energia jest znacznie większa od energii

jonizacji. Ich zasięg jest tym większy, im większa jest ich energia.

Atom wodoru składa się z jednego protonu i jednego elektronu. Natomiast jądro kolejnego pierwiastka z układu okresowego – helu –

ma ładunek dwukrotnie większy od protonu, ale masę niemal czterokrotnie większą. Oznaczało to, że w skład jąder atomów

cięższych od jądra wodoru wchodzą cząstki neutralne elektrycznie – neutrony. Jądro atomu helu składa się z 2 protonów i 2

neutronów i to właśnie jest cząstka α.

W jądrach atomów pierwiastków cięższych od wodoru w znikomo małej objętości znajduje się od kilku do kilkudziesięciu protonów,

które odpychają się wzajemnie siłami elektrostatycznymi. Między nukleonami muszą działać siły przyciągania utrzymujące je w

jądrze, zwane siłami jądrowymi.

PRAWO ROZPADU

Liczba jąder izotopu promieniotwórczego w danej próbce maleje wraz z czasem, wykładniczo

(

)

0 2

Dla większości pierwiastków jądro atomu może występować w odmianach, różniących się liczbą neutronów. Odmiany te nazywamy

izotopami. Jądra wszystkich izotopów danego pierwiastka mają tę samą liczbę atomową Z, ale różnią się wartościami liczby

masowej A.

Większość pierwiastków posiada jeden lub dwa izotopy stabilne, a ponadto izotopy nietrwałe, podlegające rozpadem

promieniotwórczym.

Wszystkie jądra, w których jest za dużo neutronów, podlegają rozpadom β. Po rozpadzie β jądro zmienia się w jądro innego

pierwiastka, ponieważ rozpad neutronu na proton zwiększa o 1 wartość liczby atomowej.

Emisja cząstki α zmniejsza Z o 2, a A o 4, czyli również powoduje „przesunięcie” pierwiastka w układnie okresowym w inne

miejsce.

Zastosowanie:

- wyznaczanie daty śmierci organizmu

REAKCJE JĄDROWE I REAKCJE ROZSZCZEPIENIA

Reakcje jądrowe to procesy zachodzące podczas bombardowania jader pierwiastków,

cząsteczkami posiadającymi ładunek dodatni (p, α, jony+) oraz fotonami gamma (γ).

Zastosowanie reakcji jądrowych:

- uzyskiwanie innych izotopów

- uzyskiwanie innych cząstek

Reakcje rozszczepienia obserwujemy, gdy jądra ciężkich pierwiastków bombardowane termicznymi neutronami rozpadają się na

prawie równe części

Zastosowanie reakcji rozszczepienia:

- reaktor jądrowy – wykorzystujemy reakcję łańcuchową

- bomba atomowa – wykorzystujemy reakcję lawinową

Reakcja egzoenergetyczna – jeżeli suma energii spoczynkowych cząstek otrzymanych w wyniku reakcji jest mniejsza od sumy

energii spoczynkowych przed reakcją, to suma energii kinetycznych zwiększa się w wyniku reakcji – uzyskana nadwyżkę energii

kinetycznej można przekształcić w inne formy energii (zastosowanie np. w silnikach cieplnych, napędzających prądnice

wytwarzające prąd elektryczny).

Reakcje endoenergetyczne – reakcje, w których suma energii spoczynkowych rośnie, a suma energii kinetycznych maleje.

REAKCJE TERMO JĄDROWE

Reakcje termojądrowe to reakcje syntezy jąder lekkich pierwiastków, w cięższe.

Warunki przeprowadzenia reakcji:

- bardzo wysoka temperatura (nim milion K)

- wysokie ciśnienie

Urządzenie, w którym w sposób ciągły wykorzystuje się energie wyzwalana w procesach rozszczepienia, nazywamy reaktorem

jądrowym. Intensywność reakcji można regulować, spowalniając neutrony w różnym stopniu. Jako spowalniacza, czyli moderatora,

używa się wody, ciężkiej wody, berylu lub węgla. Moderator oddziela elementy paliwa, które mają postać płyt lub prętów. Przez

zawierający te elementy rdzeń reaktora przepływa też chłodziwo, odbierające energię wyzwoloną w reaktorze i przekazując ją do

wymiennika ciepła. Rdzeń zamknięty jest w zbiorniku, oddzielającym radioaktywne paliwo i produkty rozszczepienia od otoczenia.

Zastosowanie reaktorów:

- do prowadzenia badań naukowych

- wytwarzanie energii elektrycznej

- produkcja paliwa jądrowego i izotopów do różnych celów

Bomba atomowa – czyli doprowadzenie do gwałtownej reakcji łańcuchowej, prowadzącej do uwolnienia ogromnej energii w

ułamku sekundy. Aby wyzwolić wielką energię, należy utrzymać w całości możliwie długo masę uranu przekraczającą znacznie

masę krytyczną. Umieszcza się wiele kawałków kuli uranowej w takim oddaleniu, aby reakcja łańcuchowa nie mogła się zacząć.

Konstrukcja ta obudowana jest materiałem wybuchowym, którego eksplozja zgniata przygotowane kawałki w jedną kulę i utrzymuje

ją w całości dzięki ciśnieniu fali uderzeniowej eksplozji przez dostatecznie długi czas, aby rozszczepieniu uległa znaczna część

przygotowanej masy uranu.

Bomba wodorowa – doprowadzenie do gwałtownej reakcji fuzji, czyli łączenia jąder wodoru i deuteru w jądra helu, które stanowią

źródło energii gwiazd, można wykorzystać znacznie większy procent energii spoczynkowej jąder niż w reakcjach rozszczepienia.

Aby uzyskać odpowiednie ciśnienie i temperaturę (do zajścia reakcji termojądrowej), zapas deuteru został obudowany bombą

atomową.

DEFICYT MASY – masa jądra atomowego mniejsza od sumy mas nukleonów, wchodzących w skład jądra. Część masy protonów i

neutronów zamienia się w energię, gdy nukleony tworzą jądra atomowe. Energia ta nosi nazwę energii wiązania.

2. ŚWIATŁO

DUALIZM KORPUSKULARNO – FALOWY

Światło ma dwoistą naturę – w niektórych zjawiskach zachowuje się jak fala (dyfrakcja, interferencja, polaryzacja...) – a w

niektórych jak zbiór cząstek, zwanych korpuskułami lub fotonami.

- korpuskularna teoria Newtona – rozchodzenie się światła polega na prostoliniowym ruchu maleńkich cząsteczek – korpuskuł,

które wybiegają ze źródła i wpadając do oka, wywołują wrażenie światła

- falowa teoria Huygensa – światło to fala rozchodząca się tak, jak fale w ośrodkach sprężystych

Światło jest wiązką fotonów (kwantów) – cząstek o masie równej zeru, energii E = hυ i pędzie p = hυ / c, poruszających się z

szybkością światła c.

Fotom ma energię zależną od jego częstotliwości:

Ef = h * υ

υ – częstotliwość światła

h – stała Plancka (h = 6,63 * 10 ^34 Js.)

- im większa częstotliwość fali, tym większe napięcie hamowania, a więc większa energia fotoelektronów.

Energia kinetyczna fotoelektronów zależy od częstotliwości promieniowania powodującego efekt fotoelektryczny.

Natężenie światła padającego na fotokatodę decyduje o liczbie fotoelektronów emitowanych w jednostce czasu (nie wpływa

natomiast na ich energię kinetyczną, ponieważ Uh jest takie samo).

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na emisji elektronów z powierzchni metalu pod wpływem promieniowania

elektromagnetycznego o odpowiedniej częstotliwości.

- Wykorzystując to zjawisko, zbudowano komórkę fotoelektryczną, która zarówno w nauce, jak i technice, a także w życiu

codziennym odgrywa olbrzymią rolę (wykorzystanie: w termostatach – do utrzymania stałej temperatury w zamkniętych

pomieszczeniach, w włączaniu i wyłączaniu np. oświetlenia ulicznego czy latarni morskich, otwieraniu drzwi, pomiaru czasu w

biegach sprinterskich).

- Fotokomórka jest próżniową bańką szklaną z napyloną na wewnętrznej ścianie warstwą metalu alkalicznego stanowiącą fotokatodę

i wtopionym drutem, stanowiącym anodę.

Wnioski:

- energia kinetyczna fotoelektronu zależy od częstotliwości padającego światła, nie zależy natomiast od natężenia tego światła

- ilość wybitych elektronów zależy tylko od natężenia światła

Ef = W + Ek Ek = e * Uh

W – praca wyjścia (minimalna energia fotonu), jest charakterystyczna dla danego metalu – energia potrzebna jest do uwolnienia

elektronu z powierzchni metalu

e – ładunek elektronu

Uh – napięcie hamowania (natężenie prądu równe zeru, co oznacza, że elektrony wylatujące z katody tracą całą energię kinetyczną w

polu hamującym i nie docierają do anody)

Związek między długością a częstotliwością:

c = λ * υ

3. LUPA

Lupa , " mikroskop prosty " jest przyrządem optycznym służącym do bezpośredniej obserwacji drobnych przedmiotów. W ścisłym

znaczeniu tego słowa jest to jedna soczewka dodatnia o powiększeniu co najmniej trzykrotnym . Soczewki dające mniejsze niż

trzykrotne powiększenie nazywane są szkłami powiększającymi. Lupa zbudowana jest z jednej soczewki skupiającej lub z zespołu

soczewek umieszczonych w oprawce.

Lupa tworzy obraz przedmiotu pozorny, prosty, powiększony.

POWIĘKSZENIE LUPY :

Powiększenie kątowe lupy zależy od ustawienia lupy względem oka i określa je przybliżony wzór, w którym

L 0 – odległość najlepszego widzenia,

f – ogniskowa soczewki,

L – odległość obrazu od oka,

D – zdolność zbierająca soczewki.

Lupa daje obraz możliwy do oglądania o największym powiększeniu kątowym, gdy tworzony przez nią obraz jest w odległości

najlepszego widzenia. Wówczas powiększenie kątowe wynosi:

Odległość obserwowanego przedmiotu od soczewki powinna być mniejsza od ogniskowej. Wymóg ten jest konieczny do otrzymania

obrazu pozornego.

Powiększenie lupy obliczamy ze wzoru:

gdzie:

d – odległość dobrego widzenia (przyjmuje się: d = 25cm ),

f – ogniskowa lupy

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: