jump to navigation

FRA KVANTISERT NATUR TIL RØNTGENSTRÅLING 31. august 2014

Posted by erty56 in Moderne Fysikk.
trackback

Hei igjen!

Denne gangen omhandler innlegget den kvantiserte natur. Så skal vi vise en anvendelse – nemlig røntgenstråling. Kvantefysikken var et brudd med den klassiske fysikk. Mange fenomener man trodde var kontinuerlig viste seg å ikke være det. De hadde kun tillatte diskrete verdier/posisjoner. F. eks består lys av elektromagnetisk stråling med gammakvanter(fotoner). Dette er egentlig ikke en kontinuerlig stråle, men en rekke enkeltfotoner. Fotonet er forøvrig en masseløs partikkel. Hvordan kan så en masseløs partikkel ha energi? Vi har jo formelen E=mc². Svaret er at fotonet har en frekvens(f). Vi finner fotonets energi ved kvanteenergien E = h · f, der h er en konstant. Bohr satt opp 2 postulater for atomet:

Postulat 1
Et atom kan eksistere i mange forskjellige tilstander uten å sende ut energi. I hver tilstand har atomet en bestemt energi, En=1 , En=2 , En=3 , …..

Postulat 2
Et atom kan gå fra en tilstand med energien EN til en annen tilstand med lavere energi En. Ved overgangen blir energidifferansen sendt ut som et foton med kvanteenergien

E = EN En= hf

Atomet er altså kvantisert på den måten at kun bestemte, diskrete verdier er tillatt (altså n=1,2,3, …..). Energinivåer mellom f.eks. En=2 og En=3  eksisterer ikke. Illustrasjon over emisjon(atomet avgir energi) og eksitasjon(atomet mottar energi), der N>n :

Å9a

Her ser vi at alle tilstander over grunntilstanden En=1 er eksiterte tilstander, altså n>1. Eksitasjon skjer ved at et atom støter sammen med en annen partikkel eller ved absorpsjon av elektromagnetisk stråling.
Så skal vi se på en anvendelse – nemlig røntgenstråling. Her følger en skisse av et røntgenapparat:

Å9b

1. En glødekatode (K) sender ut elektroner som blir akselerert mot en anode (A) ved hjelp av en likespenning U.  (elektroner i blå farge)
2. Kinetisk energi, Ek, er omtrent 0 ved katoden. Ek øker fra K til A. Ved anoden er Ek=eU(elektrisk energi, der e er elementærladningen og U spenning)
3. Røntgenstråler sendes ut fra A og består av fotoner med høy kvanteenergi E=hf (fotoner angitt ved gamma i rød farge)
Her følger en skisse over hva som skjer på atomnivå ved røntgenstråling:

Å9c

Et elektron kolliderer med et atom i anoden, og atomet blir eksitert. Et elektron i anodeatomet blir løftet opp til et høyere energinivå. Atomet går straks tilbake til et lavere energinivå. Atomet sender ut et foton med energien ΔE = hf.  ΔE = E–  E1  for tegningen. Her ser vi altså en anvendelse av Bohrs postulater.

Så skal vi gå litt videre og flytte oss ut i verdensrommet. Det finnes en type romteleskoper(befinner seg i rommet) som kalles røntgen-teleskoper. Disse mottar røntgenstråling fra objekter ute i rommet til flere speil. Instrumenter lager så bilder av dette. Dette er svært nyttig da mange kosmiske begivenheter avgir enorme mengder røntgenstråling. Denne strålingen er så mye sterkere enn fra et «jordisk» røntgenapparat at det knapt blir sammenlignbart. Det kanskje mest kjente røntgenteleskopet heter Chandra.  Her er et bilde Chandra tok i januar 2008: 

Å9d

Til venstre sees 4 svære galakser med massive svarte hull i galaksenes sentrum(til høyre).

Her følger løsningsforslag av forrige måneds:

OPPGAVE 42 – ENKEL ARITMETIKK II

a = 3 + ¹/3 = 10/3

b = a + ¹/a = 10/3 + 1/10/3 = 10/3 + 3/10 = 109/30

 

Til slutt en ny mattenøtt:

OPPGAVE 43  – TO ENKLE OPPGAVER

A) I en klasse er det 27 elever. Det er 3 flere jenter enn gutter. Hvor mange gutter er det i klassen?

B) Hva er gjennomsnittet av tallene 1/2 , 2/3 og 3/4 ?

 

Neste innlegg kommer i september. Hilsen erty56.

Reklamer

Kommentarer»

No comments yet — be the first.

Legg igjen en kommentar

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut /  Endre )

Google-bilde

Du kommenterer med bruk av din Google konto. Logg ut /  Endre )

Twitter-bilde

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut /  Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut /  Endre )

Kobler til %s

Dette nettstedet bruker Akismet for å redusere spam. Lær hvordan dine kommentardata behandles..

%d bloggere like this: