WYKŁAD 2.
1. Czym się różni opis materii na poziomie mikroskopowym i makroskopowym?
Materia na poziomie makro jest ciągła można ją dzielić na mniejsze za pomocą prostych metod fizycznych. Na poziomie mikro jest nieciągła. Składa się z atomów, miedzy nimi jest pustka.
2. Jakie znamy rodzaje promieniowania jądrowego, jak je możemy scharakteryzować?
Wyróżniamy promieniowanie: α, β-, β+γ, (w stanie wolnym ale rowniez w pewnych warunkach w jadrze) neutronowe i protonowe. Promieniowanie a-(rozpad na czesci)strumien cząstek jąder helu-4, pr beta(-)-strumień elektronów, pr. Beta(+)-strumień pozytonów, pr. Gamma-strumień fotonów o najwyższej energii(pozbywanie się energi nadmiaru), pr.neutronowe-strumień neutronów, pr-protonowe-strumień protonów. Promieniowanie alfa ma najmniejszy zasięg i jest najmniej „szkodliwy” zatrzymuje go kartka papieru. Promieniowanie beta jest bardziej przenikliwe niż alfa. Zatrzymuje go gruba warstwa betonu, promieniowanie gamma jest najbardziej przenikliwe-zatrzymuje go gruba warstwa ołowiu.
3. Jakie są podstawowe składniki materii i jak je dzielimy?
4. Jak przebiega proces rozpadu swobodnego neutronu?
Neutron w stanie wolnym żyje krótko - 10-18s. Zbudowany jest z jednego kwarka górnego (u) i dwóch kwarków dolnych 2x(d). Jeden z kwarków dolnych (ład. -1/3) pod wpływem pewnego oddziaływania zamienia się w kwark górny (ład. +2/3). Aby mogło dojść do tego procesu potrzebna jest pewna wirtualna cząstka niosąca ładunek -1 – po to aby była zachowana zasada zachowania ładunku. Po zamianie kwark górny dołącza do reszty-powstaje proton. Cząstka wirtualna rozpada się na elektron i antyneutrino. Wszystko „rozchodzi się” z miejsca przemiany.
5. Na czym polegał eksperyment Rutherforda z cząstkami alfa i folią ze złota? Jakie wnioski można wyciągnąć z tego doświadczenia?
Rutherford przepuszczał strumień cząstek alfa przez cienką filię ze złota. Wiązkę która przeszła przez folię obserwował na ekranie znajdującym się za folią. Rutherford zaobserwował że część promieni pada pod innym kątem niż reszta promieni. Z tego doświadczenia wywnioskować można że promienie które zostały odkrzywione musiały natrafić na pewną przeszkodę, niż te z którymi się nic nie stało-nie miały przeszkody. Tą przeszkodą były właśnie jądra Au. Wnioski: rozpraszanie wsteczne wykazalo obecność jąder atom.
6. Jaka jest rola protonów i neutronów w jądrze? Jakie są warunki trwałości w jądrze?
Protony neutralizują ujemne ładunki elektronów. W nich skupiona jest też cześć (prawie połowa) masy jądra. Biorą udział w współtworzeniu sił spójności które utrzymują jądro w całości. Neutrony zapewniają stabilność w jądrze. Ich ilość jest ściśle związana z liczbą protonów. Współtworzą masę jądra i siły spójności. Aby jądro mogło być trwałe liczba neutronów powinna być zbliżona do liczby protonów oraz masy atomowe powinny być stosunkowo małe.
Jądra o największej trwałośći :He, O, Pb
WYKŁAD 3.
1. Jakie są skutki wypromieniowania określonego rodzaju promieniowania jądrowego, dla jądra które je wypromieniowało.
Gdy mamy do czynienia z promieniowaniem beta (-) obserwujemy emisje elektronu wg poniższego schematu: 01n→ 11p+-10e+~v
Gdy mamy do czynienia z promieniowaniem beta (+) obserwujemy emisje pozytonu wg schematu:
11p→ 01n++10e+v
Gdy mamy do czynienia z emisją cząstek helu-4, protonów lub neutronów obserwujemy rozpad jąder.
Gdy mamy do czynienia z rozpadem gamma wydziela się strumien wysokoenergetycznych fotonów.
2. Jakie są na poziomie atomowym, skutki oddziaływania jądrowego z materią?
Oddziaływania, w których cząstka traci niewielką część swojej energii i nieznacznie zmienia swój kierunek. Oddziaływania, w których cząstka traci znaczną część swojej energii i znacznie zmienia swój kierunek.
3. W jaki sposób jądro atomowe może zmniejszyć stosunek liczby protonów do liczby neutron?
Może zmniejszyć poprzez promieniowanie beta (+) i wychwyt K. Przy promieniowaniu beta (+) protony w jądrze przekształcają się w neutrony i wydziela się pozyton. Liczba atomowa zmniejsza się. Przy wychwycie K elektrony z najbardziej wewnętrznej powłoce ulegają pochłonięciu przez proton obecny w jądrze i następuje zamiana go na neutron.
4. W jaki sposób powstają sztuczne źródła promieniowania ?
Poprzez zainicjowaniem ich prze człowieka głownie w reaktorach jądrowych i akceleratorach
5. Jak powstaje i czym się charakteryzuje reakcja łańcuchowa, która może zachodzić np. w próbce uranu.?
Reakcji łańcuchowej ulegają pierwiastki, których ciężkie jądra są niestabilne i ich jądra są bombardowane przez neutrony. Przy tej reakcji jądro rozpada się na 2 inne pierwiastki często też promieniotwórcze o podobnej masie atomowej, kilka neutronów i olbrzymie ilości energii. Wydzielające się neutrony są kolejnym pociskiem dla innych niestabilnych jąder które ponownie się rozpadają tworząc ciąg-reakcję łańcuchową. Gdy czyste jądra uranu-235 zostaną zbombardowane neutronami jądro rozpada się na jądra baru i kryptonu + 3 neutrony, które są pociskami dla kolejnych atomow powstałych w 1 reakcji. W wyniku bombardowania powstaje jądro o mniejszej masie i jądro całkowicie lekkie
6. Jak ilościowo opisujemy szybkość rozpadu promieniotwórczego, jakie parametry są z nim związane?
Szybkość rozpadu jest wprost proporcjonalny do liczby pozostałych jąder w badanej próbce. Stała rozpadu, k, jeden z parametrów charakteryzujących rozpad promieniotwórczy. Stała rozpadu ma wymiar czas-1, świadczy o prawdopodobieństwie zajścia rozpadu jednego jądra w jednostce czasu (jest równa ułamkowi ogólnej liczby jąder, które podlegają rozpadowi w jednostce czasu)
k=ln2T1,2
7. Jak jest zdefiniowana i od czego pochodzi energia wiązania nukleonów w jądrze?
Energia wiązania nukleonów związana jest z teorią względności Einsteina-procesy w przyrodzie mogą zachodzić nie dzięki wymianie substancji lecz dzięki wymianie energii. Energia wiązania jest to różnica między sumą wszystkich nukleonów w jądrze a masą tego jądra. Z 1 u otrzymujemy 931 MeV energii.
8. Oblicz energie wydzielającą się przy powstawaniu 10 jąder atomowych 49Be. mBe=9,012182u, mp=1,007825u, mn=1,008665u
Liczba protonów w 1 at Be: 4
Liczba neutronów w 1 at Be: 5
Masa protonów w 1 at Be: 4,0313u
Masa neutronów w 1 at Be: 5,043325u
Masa nukleonów w 1 at Be: 9,074625u
Defekt wynosi: 0,062443=Energii wiązania dla 1 at Be: 58,134433MeV
Energia wiązania dla 10 at Be: 581,34433 MeV.
9. Co to jest i jakie znamy szeregi promieniotwórcze?
Szeregi promieniotwórcze to grupa pierwiastków powstała na drodze rozpadów promieniotwórczych danych pierwiastków(U, Th, Np.). Każdy szereg zaczyna się pierwiastkiem o długim czasie połowicznego rozpadu a kończy się pierwiastkiem trwałym. Wyróżniamy 3 naturalne szeregi: Uranowo-radowy, uranowo-aktynowy, torowy; oraz sztuczny: neptunowy.
10. Opisz szereg przemian zachodzących w szeregu uroanowo-radowym (ur.akt,torowym i neptunowym)
· Szereg rozpoczyna się izotopem uranu 238U o okresie półtrwania wynoszącym 4,5 miliarda lat, a kończy na stabilnym ołowiu 206Pb. Szereg opisuje wzór 4n + 2 i należy do niego 16 nuklidów, między innymi: 238U, 234U, 226Ra, 222Rn, 210Po, 210Pb.
· Szereg rozpoczyna się izotopem uranu 235U o okresie półtrwania wynoszącym 700 milionów lat a kończy na stabilnym ołowiu 207Pb. Szereg opisuje wzór 4n + 3 i należy do niego 14 nuklidów, między innymi: 235U, 231Pa, 223Ra
· Szereg rozpoczyna się izotopem toru 232Th o okresie półtrwania wynoszącym 14 miliardów lat, a kończy stabilnym ołowiem 208Pb. Szereg jest opisanym wzorem 4n + 0, należy do niego 12 nuklidów, między innymi: 232Th, 228Th, 228Ra, 220Rn.
· Szereg rozpoczyna się izotopem neptunu 237Np o okresie półtrwania 2,1 miliona lat, a kończy na stabilnym bizmucie 209Bi. Szereg opisany jest wzorem 4n + 1 i należy do niego 13 nuklidów, między innymi: 237Np, 233U, 229Th.
· Szereg neptunowy występuje jedynie w wyniku sztucznego otrzymywania (naświetlanie uranu strumieniem neutronów). Okres półtrwania neptunu jest około 2000 razy krótszy od wieku Ziemi przez co zostały jedynie niewykrywalne jego ilości. Obecnie w rudach uranowych występuje go ok. 1,8∙10-12% (2 atomy neptunu na bilion atomów uranu).
11. W jaki sposób przebiega synteza helu w gwiazdach?
Jest to cykl protonowo-protonowy .2 protony łączą się ze sobą tworząc He-2 i elektron. He-2 łączy się z protonem tworząc He-3. 2 atomy He-3 łączą się ze sobą tworząc He-4 i proton.
Wykład 4.
1. Zdefiniuj pojęcie masy atomowej pierwiastka chemicznego?
Jeżeli pierwiastek chemiczny składa się z pojedynczego nuklidu to masa atomowa równa jest masie atomowej tego nuklidu. Jeśli pierwiastek składa się z 2 lub więcej nuklidów to musimy znać udziały masowe poszczególnych nuklidów. Masa atomowa jest równa średniej ważonej mas atomowych nuklidów gdzie wagami są udziały procentowe nuklidów.
Masa atomowa (niepopr. ciężar atomowy) – liczba określająca ile razy masa jednego reprezentatywnego atomu danego pierwiastka chemicznego jest większa od masy 1/12 izotopu 12C
2. Opisz prawo Rydberga określające możliwe długości fal w widmie emisyjnym wodoru?
Rydberg wykazał za pomocą prostej zależności długość fali dla poszczególnych prążków widma emisyjnego. λ=R(1n'2-1n2) . Gdzie R - stała Rydberga, n’, n – liczby naturalne n>n’.
3. Czym różnią się i od czego zależą poszczególne serie widmowe w wodorze?
Widmo emisyjne wodoru składa się z serii. Każda seria zależy od n’, od odległości od jądra. Dla n’=1 wyróżniamy serię Laymana, która leży w nadfiolecie. Dla światła widzialnego wyróżniamy serię Balmera n’=2. W podczerwieni leżą 2 serie dla n’=3 Seria Paschena , dla n’=4 seria Bracketta. Wszystkie serie różnią się długością fal. Długość poszczególnych fal dla poszczególnych serii możemy wyliczyć ze wzoru na prawo Rydberga.
4. Wyznacz promień n-tej orbity Bohra, w atomie wodoru.
Wyprowadzenie z wykładu.
5. Wyznacz energię całkowitą
6. Jak przebiegał i czego dowodził eksperyment Hanca-Franca?
Eksperyment ten miał dowieść istnienie stanów wzbudzonych w atomie Hg. Obaj uczeni w swoim dośw użyli lampy która zbudowana była z anody, katody, siatki, generatora swobodnych elektronów i mierników. Odcinek od źródła elektronów do siatki stanowił potencjał rozpędzający elektrony-którym uczeni byli wstanie sterowwać, za siatką istniał potencjał hamujący. Zwiększając napięcie wzrastał prąd gdyz wiecej elektronów docierało do anody. Natomiast gdy natężenie prądu zwiększali ok. 5V obserwowano spadek natężenia prądu. Spowodowane jest to tym że elektrony rozpędzany posiadały energię większą niż 4.9 eV. Uderzały one w elektrony walencyjne Hg. Elektrony te zyskując ok 4.8 eV przechodziły na stan wzbudzony. Później oddajac kwant energii=4.8 eV z powrotem wracały na swoje miejsce. Wolne elektrony które oddały 4.9 eV nie miały wystarczająco energii aby pokonać potencjał hamujący i nie mogły dotrzeć do anody co obserwowalne jest w postaci spadku napięcia.
7. Scharakteryzuj model Bohra – Sommerforda?
Elektron w atomie zajmuje dozwolone orbity. Moment pędu elektronu przyjmuje następujące wartości: M= nh/2 pi. Zmiana orbity powoduje zmianę energii co wiąże się z adsorbcją lub emisją kwantu energii. Elektron zmienia orbity skokowo nie ciągle. Orbity można ponumerować. Elektron może krążyć nie tylko po orbitach kołowych lecz również po elipsach. Kształt spłaszczenia elipsy określa „l”. Orientację przestrzenną orbit i elips określa liczba magnetyczna „m”. Magnetyczna liczba spinowa „ms” określa zwrot spinu. Elektron jest opisywany za pomocą 4 liczb kwantowych z których 3 mogą przyjąć taka samą wartość.
8. Jakie ma znaczenie zakaz Pauligo gdy jest stosowany do elektronów w atomie?
Zakaz Pauliego sprawia że elektron może być opisany tylko takim samym zestawem 3 liczb kwantowych. Różni się ms-em. Nie może być dwóch atomów o tym samym stanie. I nie może być dwóch elektronów o tych samych liczbach kwantowych
9. Jak zakaz Pauliego wpływa na pojemność powłok i podpowłok?
Gdyby reguła Pauliego nie obowiązywała dla elektronów, to wszystkie przebywałyby na orbitalu 1s każdego atomu, gdyż elektrony położone na tym orbitalu mają zawsze niższą energię w porównaniu z elektronami zajmującymi wszystkie inne orbitale. W takiej sytuacji wszystkie pierwiastki zachowywałyby się jak gazy doskonałe i nie byłoby żadnych przemian chemicznych. Każdy orbital może jednak zostać obsadzony przez co najwyżej dwa elektrony różniące się spinem, co stanowi podstawowe prawo mające swe odbicie w układzie okresowym pierwiastków.
WYKŁAD 5.
1. Czym charakteryzuje się i jak opisujemy prosta falę sinusoidalną?
Fala to zaburzenie rozprzestrzeniające się w ośrodku materialnym lub w próżni. Przestrzeń gdzie rozprzestrzenia się fala może być ograniczona, nieorganiczona, n-wymiarowa. Owe zaburzenie jest funkcja czasu i przestrzeni. Każdą falę sinusoidalną charakteryzuje: prędkość [m/s], amplituda, okres [s], częstotliwość [Hz], długość [ lambda], energia A^2 [J]. Falę sinusoidalna zapisujemy wg równania: y(t,z)=Acos[(2 pi/T)t – (2pi/lambda)z + fi)]
2. Opisz podstawowe zjawiska związane z rozchodzeniem się fal.
Fale poruszają się ruchem prostoliniowym w ośrodku jednorodnym. Ulegają odbiciu-na granicy ośrodków zmieniaja kierunek rozchodzenia się ale nie zmieniają ośrodka. Ulegaja załamaniu-na granicy ośrodku przechodząc z jednego do dr...
Adro8