Kap 11 Begrepp Flashcards
Fotonens energi
Den mängd energi som fotonen har.
Lika med plancks konstant multiplicerat med Ljusets hastighet delat med våglängden
eller Plancks konstant multiplicerat med frekvensen för fotonen.
Våglängd
Längden på en våg, vilket representerar avståndet mellan två vågtippar eller två vågdalar i en vågrörelse.
Lika med ljusets hastighet dividerat med frekvensen
Mäts i enheten meter
Frekvens
Antalet svängningar per sekund i en vågrörelse, hur snabbt en våg svänger fram och tillbaka.
Lika med ljusets hastighet dividerat med våglängden
Mäts i enheten Hertz, hz (svängningar/sekund)
Gravitationskraft
- Det är en attraherande kraft.
- Kraften innebär att allt med massa dras mot allt med massa.
- Det är mycket svagare än de andra krafterna.
- Många små krafter gör att gravitation blir märkbart i närheten av stora mängder massa.
- Man föreställer sig att det förmedlas av en masslös partikel som kallas graviton.
- Gravitonen har ännu inte påvisats, så det ingår inte i standardmodellen.
Elektromagnetisk kraft
- Det verkar mellan laddade föremål.
- Laddning kan vara både positiv och negativ.
- Kraften kan vara både attraherande och repellerande.
- Föremål med samma laddning stöter bort (repellerar) varandra.
- Olika laddade föremål drar till sig (attraherar) varandra.
- Det har liten verkan på stora avstånd.
- Det beror på att de flesta föremål innehåller ungefär lika många positiva som negativa laddningar, som då tar ut varandra.
- Det förmedlas av fotoner.
- Kraften håller ihop atomer, eftersom negativ elektron attraheras av positiv kärna.
- Laddade partiklar i rörelse påverkas av en magnetisk kraft, en form av växelverkan.
Stark kärnkraft
- Den är den starkaste kraften.
- Den verkar mellan kärnpartiklar på korta avstånd.
- Avståndet kan vara upp till ett par protondiametrar.
- En atomkärna hålls samman genom denna kraft (attraktion) mellan neutron och proton.
- Den är starkare än den repellerande elektromagnetiska kraften mellan protoner.
- Den förmedlas av gluoner.
- Gluoner kan detekteras vid stora partikelacceleratorer.
Svag kärnkraft
- Den är svagare än stark växelverkan och elektromagnetisk kraft, men starkare än gravitationskraft.
- Den verkar på kortast avstånd jämfört med de andra krafterna.
- Avståndet är en bråkdel av en protondiameter.
- Den ger upphov till radioaktivt sönderfall.
- Den omvandlar t.ex. en neutron till en proton och en elektron.
- Elektronen sänds ut ur kärnan som β-strålning.
- Den förmedlas av bosoner.
- Det finns Z-boson, W+-boson och W–boson.
- Bosoner kan detekteras vid stora partikelacceleratorer (t.ex. CERN).
Higgsmekanismen
- Det är en föreslagen teori för att förklara varför elementarpartiklar har massa.
- Higgs-bosonen är den partikel som förmedlar massa hos elementarpartiklar.
- Partikeln har detekterats av en partikelaccelerator (CERN).
- Fler samstämmiga försök krävs för att hypotesen ska bli en vetenskaplig teori.
Elektronens laddning
-1,602·10-19 C (coulomb)
Excitation
En elektron kan förflyttas till ett yttre elektronskal om energi tillförs i form av ljus.
Detta kallas excitation.
Deexcitation sker när elektronen faller tillbaka till ett inre elektronskal, varvid energi avges i form av en ljusimpuls, en foton.
Bosoner
Bosoner är ett annat namn för kraftpartiklar.
De fundamentala krafterna utbyter kraftpartiklar för att kunna verka utan kontakt mellan materiepartiklar.
Kraftpartiklar utgörs av följande typer: foton, gluon, W-boson, Z-boson, Higgsboson och graviton.
Fermioner
Fermioner är ett annat namn för materiepartiklar.
Det är materiepartiklar som bygger upp materiens minsta byggstenar.
Materiepartiklar består av två grupper: kvarkar och leptoner.
Kvarkar och deras laddning
U-kvark har laddning +⅔.
D-kvark har har laddning -⅓.
Kvarkar hålls samman med gluoner inuti proton och neutron.
Man har aldrig sett fria, ensamma kvarkar.
Neutronens kvarkar
Neutron består av en u-kvark och två d-kvarkar, vilket ger total laddning 0
Protonens kvarkar
Proton består av två u-kvarkar och en d-kvark, vilket ger total laddning +1.
Mesoner
Mesoner består av en kvark och en antikvark.
Mesoner är kortlivade eftersom partiklar och antipartiklar förintar varandra.
Leptoner
Leptoner är det gemensamma namnet för elektroner och neutriner.
De består inte av kvarkar.
Neutrino
Elektron sänds ut vid omvandling av neutron till proton. Denna får förlita energi. Krävs därför ny partikel för att både energi, laddning och rörelsemängd ska bevaras. Kallas neutrinon.
Har extremt liten massa, saknar laddning. Interageras endast genom gravitation och svag kärnkraft med övriga partiklar. Passerar rakt genom oss utan påverkan
Antimateria
För varje partikel måste finnas en antipartikel med samma massa men med motsatt laddning.
Antimateria består av atomer uppbyggda av antipartiklar.
Materia och antimateria som möts förintas, annihileras.
Vid annihilation omvandlas partiklarnas sammanlagda massa och rörelsemängd fullständigt till ljusenergi.
För att bevara rörelsemängd vid annihilation, skapas ofta dubbla fotoner med olika riktning.
Elektronens antipartiklar
Antipartikel till elektron kallas positron.
Protonens antipartiklar
Antipartikel till proton kallas antiproton
Ljusets dubbelnatur
Ljus har både vågegenskaper och partikelegenskaper beroende på hur man studerar det. Ljus kan alltså uppträda antingen som partikel eller i vågform.
Ljusets vågegenskaper
Ljus som passerar en smal spalt visar samma beteende som en vattenvåg eller ljudvåg.
Ljus kan alltså definieras med frekvens och våglängd.
Ljusets partikelegenskaper
Ljus kan likt partiklar stöta bort elektroner från ett föremål.
Ljusenergi betraktas då som kvantiserat till enheter som kallas fotoner.
Energin på de enskilda fotonerna måste dock ha en viss nivå för att elektroner ska stötas bort.
Detta fenomen kallas fotoelektrisk effekt och bygger på kvantmekanik.
Partiklars vågegenskaper
Elektroner som passerar en tunn dubbelspalt uppvisar vågenskaper genom att interferensmönster bildas på en skärm bakom dubbelspalten.
Elektroner får kortare våglängd när elektronernas hastighet ökar.
Kvantmekanik
Elektronen har vågegenskaper, så dess position och hastighet kan därför inte bestämmas samtidigt.
I kvantmekanik befinner sig elektronen istället i varje liten volym av vågmönstret med en viss sannolikhet.
Acceleratorer
För att undersöka subatomära partiklar och molekylstrukturer används en partikelaccelerator.
Partiklar med hög energi har kort våglängd, vilket krävs för att studera enstaka kärnpartiklar.
I en partikelaccelerator får partiklar passera en hög spänning upprepade gånger för att accelereras och ges ökad energi.
Detektorer används för att se när partiklar kollideras eller träffar ett material.
På CERN finns världens största partikelacceleratorer.
Speciell relativitetsteori
Tiden, längden och massan är inte absoluta utan beror på observatörens rörelse.
Einstein’s relativitetsekvation
Principen formulerad av Einstein som säger att massa och energi är samma sak enligt det berömda uttrycket E=mc^2
Bindningsenergi
Bindningsenergin brukar man definiera som den energi man behöver tillföra ett system för att bryta upp det i sina beståndsdelar så att man får fria komponenter. Bindningsenergin representerar en del av systemets massa genom E = mc2
Atomkärnans uppbyggnad
Atomkärnan består av protoner och neutroner.
Protonens laddning är positiv och neutronen är neutral.
Protoner och neutroner kallas gemensamt för kärnpartiklar (nukleoner).
Antal kärnpartiklar definieras av masstalet A:
A = Z + N, där
Z betecknar antal protoner (atomnummer),
N betecknar antal neutroner.
Kärnpartiklar hålls samman av stark växelverkan, vilken har mycket kort räckvidd.
Atommassa
- Atommassa är massan hos små partiklar.
- Atommassenheten (u) definieras som 1/12 av massan av kol-12-isotopen.
- 1 u ≈ 1,66·10^−27 kg och 1 u = 1 g/mol.
- Mol är SI-enheten för substansmängd, där 1 mol ≈ 6,022·10^23 stycken.
- Massan för en kärna (nuklid) är ungefär lika stor som antalet partiklar i kärnan.
- Uran-235 har ungefär en atommassa på 235 u.
Isotop - nuklid
Ett grundämne har ett bestämt antal protoner i kärnan.
Ett grundämne kan ha flera olika antalet neutroner i kärnan.
Detta kallas att det finns olika isotoper (nuklider) av grundämnet
Bindningsenergi
En stabil atomkärna har en bindningsenergi som måste övervinnas för att atomkärnan ska sönderfalla.
Massdefekt
Massdefekt är den skillnad som kan finnas mellan massan hos en sammansatt atomkärna och summan av de enskilda kärnpartiklarnas massa.
Det är denna skillnad i massa, som utgör atomens bindningsenergi.
Bindningsenergi frigörs vid delning av atomen.
