Sammanfattning av kapitel 10
Under fredagen, måndagen och onsdagen slutför vi kapitel 10 i Heureka B. Sammanfattningsvis kan man säga att det börjar med svartkroppsstrålning, vilket innebär att alla föremål som tar emot energi, också avger energi i form av strålning. Detta kommer sig av att elektroner i föremålet accelereras när de tillförs energi, och laddade partiklar under acceleration sänder ut elektromagnetisk strålning. Varje temperatur är associerad med ett ”våglängdsmaximum”, vilken beräknas med Wiens förskjutningslag (sid. 266). Ju högre temperatur ett föremål har, desto högre blir också effekten/areaenhet (emittansen); denna beräknas med Stefan-Boltzmanns lag. Se Figur 1b på sid. 267 för en grafisk illustration.
Fortsättningen på kapitlet handlar om egentligen om sambandet mellan frekvens och energi, E=hf. Konsekvensen av detta är att en foton deponerar sin energi i växelverkan med materia, varpå elektroner kan slås bort (fotoelektrisk effekt). Det insåg Einstein, som för denna upptäckt tilldelades Nobelpriset.
Energi mäter vi som bekant i enheten 1 Joule, men detta är en stor enhet i förhållande till de energier som verkar i atomsammanhang. Därför har man infört enheten 1 elektronvolt, som motsvarar den energi som en elektron erhåller då den accelereras genom spänningen 1V (E=QU). Det gör att man får en behändigare storlek på enheten även i ”små” sammanhang.
Ljus, och andra elekromagnetiska vågor, kan även ses som fotoner. Det är masslösa partiklar som är associerade med en våglängd och energi enligt E=hf. Det speciella med fotoner, och även andra små partiklar (såsom elektroner) är att de är av dubbelnatur: de är en våg och partikel samtidigt! Ju kortare våglängd, desto mer framträder partikelegenskaperna. Ju längre våglängd, desto mer framträder vågegenskaperna. En uppgift som illustrerar skillnaden mellan vågor och partiklar är t ex 10.9 (sid. 281). En partikel deponerar sin energi omedelbart, medan en våg svarar mer mot en ”kontinuerlig energi”. (Ingen energi är dock helt kontinuerlig, den avlämnas i kvanta. Men ju kortare våglängd, desto större blir kvantat, och därmed också effekten vid växelverkan).
På sidan 274 finns formler för relationen mellan en fotons våglängd och rörelsemängd.
Alla partiklar i rörelse är associerade med en våglängd. Se avsnitt 10.7 (sid. 275 – 278). Denna insikt fick Louis de Broglie nobelpriset för år 1929. Samma formel som för fotonens rörelsemängd (se sid. 276), men här är inte partikeln masslös (som fotonerna är). Bilder på interferensmönster (som påvisar vågegenskapen) för elektroner finns på sid. 278 (”dubbelspalten”, de har skickats igenom utgörs av kristallstrukturer i en metall; det måste vara korta avstånd!).
Rekommenderade uppgifter mm
Alla uppgifter på sidorna 280 – 282 är rekommenderade. Det är också dessa vi kommer att arbeta med på måndag och onsdag. På fredag kommer lektionen att utgå pga kompletteringar i Matematik D.
Ytterligare en fråga som kom upp var inlogningen till Theducation. Jag har skickat mail med länk och inloggningsuppgifter till detta komplement.