FIZIKA – PITANJA ZA MATURU TEORETSKA 1. Brzina, s-t graf, v-t graf, jednoliko pravocrtno gibanje -Brzina je omjer pređenog puta i vremena. (ima iznos i smjer) -Jednoliko pravocrtno gibanje je gibanje tijela bez akceleracije; tijelo se giba uvijek istom brzinom.
2. Akceleracija, v-t graf, a-t graf, jednoliko ubrzano (usporeno) gibanje -Ubrzanje ili akceleracija je svaka promjena brzine u jedinici vremena. Ubrzanjevektorska veličina koja ima iznos i smjer. -Jednoliko ubrzano gibanje po pravcu ili jednoliko ubrzano pravocrtno gibanje je gibanje stalnom akceleracijom. Kod jednolikog ubrzanog pravocrtnog gibanja prava akceleracija je jednaka srednjoj u bilo kojem vremenskom intervalu. =>
-Jednoliko usporeno gibanje je gibanje tijela koje usporava stalno akceleracijom. .
. s-t graf (v-t graf isti)
1
3. Newtonovi zakoni mehanike 1. Prvi je Newtonov zakon u stvari Galilejevo načelo inercije: Svako tijelo ostaje u stanju mirovanja ili jednolikog gibanja po pravcu sve dok na njega ne djeluje vanjska sila i promjeni mu to stanje.. 2. zakon (Zakon o odnosu sile, mase i ubrzanja): Promjena gibanja razmjerna je vanjskoj sili koja djeluje, a odvija se u smjeru djelovanja te sile. = m · 3. zakon (Zakon akcije i reakcije): Sila je međudjelovanje dvaju tijela, i zato se uvijek javlja u paru: prvo tijelo djeluje silom na drugo i drugo tijelo djeluje silom na prvo. Te dvije sile istog su iznosa i suprotnog smjera. (F1,2=F2,1=G·m1·m2 / R2 – zakon gravitacije) 4. Sila trenja Trenje je vrsta sile koja se opire gibanju. Trenje je sila koja se suprostavlja relativnom kretanju dviju površina koje se dodiruju. (mi) je faktor ili koeficijent trenja. jedinica : [N] – Newton 5. Energija i mehanički rad Energija je sposobnost nekog tijela da obavi neki rad. Energiju se ne može uništiti, ona prelazi iz jednog oblika u drugi, s jednog tijela na drugo i uvijek u skladu sa zakonom očuvanja energije1. Postoje mnogi oblici energije : ( Kinetička energija, Potencijalna energija, Toplinska energija (toplina), Unutarnja energija, Električna energija, Kemijska energija itd.) jedinica : [J] - Jul 6. Opći zakon gravitacije Newtonov opći zakon gravitacije - između svaka dva tijela u Svemiru javlja se privlačna sila koja je proporcionalna umnošku njihovih masa, a obrnuto proporcionalna kvadratu njihove udaljenosti. Γ = g (konstanta) g = 6.67 · 10-11 Nm2 / kg2
7. Tlak, hidrostatski i atmosferski tlak
p=F/S
Tlak se definira kao omjer sile i površine na koju ta sila djeluje okomito. Tlak je skalarna veličina. Jedinica tlaka je pascal. [Pa] Tlak u tekućini koji je posljedica težine tekućine zove se hidrostatski tlak. Hidrostatski tlak uzrokovan je težinom tekućine koja na dubini h djeluje na površinu S (A). Atmosferski tlak je tlak na bilo kojem dijelu Zemljine atmosfere. Normalan atmosferski tlak iznosi 101 325 Paskala (1 013 hPa).
1
Energija zatvorenog sustava ne može nestati niti iz ničega nastatati, energija može samo prelaziti iz jednog oblika u drugi, i ona je konstantna
2
8. Plinski zakoni Plinski zakoni su skup zakona koji opisuju odnos između termodinamičke temperature (T), pritiska (P) i volumena (V) plinova. Idealni plin je hipotetički plin, molekule plina imaju masu, zauzimaju zanemarivo malen prostor, a osim sudara sve druge sile između molekula su zanemarive. Svi sudari, uključujući i one na graničnoj plohi s drugim tijelima, su idealno elastični. 1. Boyleov i Mariotteov zakon - umnožak obujma i tlaka jednak je konstanti idealnog plina. pV = con. 2. Charlesov zakon - govori o ovisnosti tlaka i temperature pri konstantnom volumenu i masi.
3. Gay-Lussacov zakon - kaže da uz konstantnu masu i tlak tvari vrijedi:
- zakon idealnog plina -
-Svi skupa kombiniraju jedan plinski zakon : 9. Temperatura, toplina, unutrašnja energija -Temperatura [t ili T] je fizikalna veličina kojom se izražava toplinsko stanje neke tvari. Temperatura ne može prelaziti s tijela na tijelo, nego prelazi toplina, a temperature se izjednačavaju. -Toplina [Q] je energija koja prelazi sa jednog tijela na drugo zbog postojanja razlike u temperaturi. Kada se temperature izjednače, toplina je jednaka nuli. -Unutrašnja energija tijela je zbir potencijalne2 i kinetičke energije3 atoma i molekula koji ga sačinjavaju. 10. Prvi i drugi zakon termodinamike 1. zakon termodinamike - govori o principu očuvanja energije. Energija se ne može uništiti,ne može nestati,niti se iz ičega stvoriti,ona se samo može transformirati iz jednog oblika u drugi. Q=ΔU+W (Q-toplina koju je sustav primio J, ΔU-razlika unutarnje energije u početnom i konačnom stanju J, W-izvršeni rad J) 2. zakon termodinamike - nemoguć je proces u kome bi toplina spontano prelazila s tijela niže temperature na tijelo više temperature. i Entropija4 svemira uvijek raste. 2
energija pohranjena unutar tijela ili sustava kao posljedica mjesta, oblika ili stanja (uključuje gravitacijsku, električnu, nuklearnu i kemijsku energiju). 3 energija kretanja i za tijelo mase m koje ima brzinu v, iznosi mv2/2 4 u termodinamici funkcija stanja sustava. Bez obzira na temperaturu i količinu topline, u povratnim (reverzibilnim) procesima u termodinamici, ukupna entropija svih djelova sustava ostaje nepromijenjena
3
11. Električno polje, Coulombova sila -Električno polje je prostor u kojem djeluje električna sila. ( E=F/Q) To je svojstvo prostora oko čestice koja posjeduje električni naboj. Jakost električnog polja na udaljenosti r od točkastog naboja Q iznosi:
Jedinica za električno polje je Volt/metar = Newton/Columb . -Homogeno električno polje je ono koje u svim točkama ima jednaku jakost i smjer. -Columbov zakon – između dvaju točkastih naboja djeluje električna sila koja je razmjerna umnošku naboja Q1 i Q2, a bornuto razmjerna kvadratu njihove udaljenosti „r“.
ε=ε ·ε r
o
, - naboj izražen u jedinicama coulomb, a oznaka jedinice je C – udaljenost - relativna dielektričnost sredstva, bezdimenzionalna veličina. U vakuumu je
.
- permitivnost (dielektričnost vakuma) ili
F = ko
Q1Q2 r2
ko =
1 4π εo
ko = 9 · 109 N m2 C-2
Najmanji mogući naboj je naboj jednog protona, odnosno elektrona. Jedinica za naboj je columb (C). +e = proton / -e = elektron -Najmanja količina naboja – elementarni naboj: e = 1,6 · 10-19 C 12. Električni napon i električna potencijalna energija -Električni napon je razlika električnih potencijala između dvi točke u prostoru. φ = W / Q => el. potencijal Napon pokazuje koliki je rad (W) potreban da se električni naboj (Q) premjesti izmedju dvije tačke u električnom polju : Mjerna jedinica za napon je volt. [V] (1J / 1C) -Električna potencijalna energija je energija koja nastaje radom vanjske sile u dovođenju naboja qo iz beskonačnosti na udaljenost r od naboja q. φ=W/Q Ep = W = Q · φ φ = 1/4πεoεr · Q/r -Razlika potencijala (φ1 – φ2) zove se napon. U = φ1 – φ2 = W/Q 13. Električna struja, jakost električne struje
(uključujući tu i spremnik topline sa kojim sustav koji promatrao izmjenjuje toplinu). U nepovratnim (ireverzibilnim) procesima entropija uvijek raste.
4
-Električna struja je usmjereno kretanje elektrona pod uticajem električnog polja ili razlike električnih potencijala. Jedinica je amper [A]. Električna struja može biti istosmjerna ili izmjenična. - Istosmjerna struja je pojam koji označava električnu struju čiji tok elektrona ne mijenja smjer kretanja. (Ohmov zakon) - U – razlika potencijala, napon - R – električni otpor -Izmjenična električna struja - električna struja kojoj se smjer mijenja u vremenu. -Jakost električne struje [I] jednaka je količini naboja Q koja prođe kroz poprečni presjek vodiča u vremenskom intervalu t.
14. Električni otpor, Ohmov zakon -Električni otpor [R] je fizikalna veličina kojom se izražava omjer napona i jakosti električne struje.
=>
R=U/I
jedinica je „ohm“ (1Ω = 1A / 1V)
-Ohmov zakon je temeljni zakon elektrike (elektrotehnike). -Električni otpor vodiča duljine l, poprečnog presjeka S i otpornosti jednak je: = 1/n·e·µ - gdje je „n“ broj elektrona u jedinici volumena, „e“ elementarni naboj a „µ“ pokretljivost slobodnih elektrona Jedinica za otpornost je . Električni otpor vodiča mijenja se s temperaturom prema zakonu , gdje je Ro otpor na , T je temperatura, a je temperaturni koeficijent otpora. -Recipročna vrijednost električne vodljivosti je električni otpor : R = 1/G G-električna vodljivost (jedinica siemens [S] (1S = 1A/1V)) G = I/U = 1/R 15. Magnetna sila na nabijenu česticu -Lorentzova sila - Na električki nabijenu česticu naboja (Q) koja se brzinom (v) giba u magnetskom polju indukcije (B) djeluje sila (F) . F = Q · v · B · sin α - B – magnetska indukcija - sin α – kut između smjera gibanja U slučaju pozitivnog naboja, smjer sile određujemo pravilom desne ruke.Ako je naboj negativan, sila je suprotnog smjera. =>
5
16. Magnetno polje električne struje -Magnetsko polje nastaje kao posljedica gibanja naboja, odnosno toka električne struje. Jakost magnetskog polja uzrokovanog strujom I iznosi: - na udaljenosti r od ravnog vodiča : - u središtu kružne petlje polumjera r :
- unutar zavojnice duljine l sa N zavoja : Pretpostavimo da je vodič okruglog presjeka. Pokazuje se da su silnice polja u tom slučaju kružnice . => 17. Elektromagnetna indukcija, Faradayev zakon indukcije -Elektromagnetna indukcija stvara napon u provodniku koji se nalazi u promjenljivom magnetskom polju , odnosno to je pojava da se u vodiču koji u magnetskom polju ima komponentu brzine okomitu na smjer magnetskog polja ("siječe" magnetske silnice) inducira napon. Elektromagnetsku indukciju otkrio je Michael Faraday. Prema Faradayevom zakonu indukcije, elektromotorna sila odnosno napon U induciran u zavojnici s N zavoja proporcionalan je broju zavoja i brzini promjene magnetskog toka kroz zavojnicu: ΔΦ- promjena magnetskog toka – broj zavoja
N
Tok homogenog magnetskog polja indukcije B kroz ravnu površinu S jednak je . Jedinica za je weber, a oznaka jedinice je Wb. . 18. Zakon očuvanja energije, zakon očuvanja količine gibanja -Zakon očuvanja energije - energija zatvorenog sustava ne može nestati niti iz ničega nastatati, energija može samo prelaziti iz jednog oblika u drugi. Ukupna energija zatvorenog sustava je konstantna. -Zakon očuvanja količine gibanja - ukupna količina gibanja zatvorenog sustava je konstantna bez obzira na to kakvi se procesi i međudjelovanje događaju u sustavu. m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2' => m1 i m2 i v1 i v2 – prije međudjelovanja v1' i v2' – poslije međudjelovanja 6
19. Galilejev princip relativnosti Neinercijalni sustav je sustav koji se giba ubrzano s obzirom na inercijalni sustav (sustav koji miruje ili se jednoliko giba po pravcu). U neinercijalnim sustavima ne vrijede Newtonovi zakoni ni Galilejev princip relativnosti. -Inercijalni sustavi - sustavi u kojima vrijede Newtonovi zakoni (prvi Newtonov zakon inercije). Ako je sustav S inercijalan, tada je inercijalan svaki drugi sustav S’ koji u odnosu na njega miruje ili se giba jednoliko po pravcu. Ovi zakoni vrijede samo za brzine mnogo manje od brzine svjetlosti. 20. Postulati specijalne teorije relativnosti, relativnost istodobnosti Albert Einstein u svojoj specijalnoj teoriji relativnosti uvodi vrijeme kao 4. koordinatu uz 3 prostorne.To znači da vrijeme možemo ubrzavati ili usporavati.Vrijeme je sada nerazdvojivo od prostora. Sama teorija gradi se na 2 osnovna postulata. 1. Osnovni postulat specijalijalne teorije relativnosti kaže:'Svi fizički fizički zakoni izražavaju se u istom obliku u svim sustavima koji se kreću pravocrtno'.Ovaj Einsteinov princip relativnosti poopćava Galileov princip na sve fizikalne zakone. 2. Drugi postulat specijalne teorije relativnosti kaže:'Brzina svjetlosti je najbrža moguća brzina u našem svemiru i ista je u svim inercijskim sustavima'. E = m·c2 ***??????????Leopold Infeld ima popis za uvođenje pojma „relativnost istodobnosti“: ?????????*** „Iz sredine voza (pokretni sistem) pošaljemo, u jednom trenutku, dva svjetlosna zraka u suprotnim smjerovima. Pošto je brzina svjetlosti (c) konstantna za unutrašnjeg posmatrača, u njegovom će sistemu ova dva svjetlosna zraka dosegnuti suprotne zidove u isto vrijeme i za njega će ova dva događaja (padanje svjetlosnih zraka na suprotne zidove) biti jednovremena. Šta je sa posmatračem napolju (na zemlji)? I za njega je brzina svjetlosti c konstantna u njegovom sistemu; ali, posmatrajući voz, on vidi da jedan zid bježi od svjetlosti, a drugi da se kreće ususret svjetlosti. Prema tome, za njega će se jedan svjetlosni zrak prvi sresti sa zidom, a nešto docnije će se sresti sa zidom svjetlosni zrak koji se udaljava od njega. Ovo vodi ka neizbježnom zaključku da dva događaja jednovremena u jednom sistemu nisu jednovremena za posmatrača u drugom sistemu koji se u odnosu na prvi kreće ravnomjerno. „Dva događaja su se odigrala u isto vrijeme“
21. Mehaničko titranje, harmonijsko titranje -Mehaničko titranje – titranje je gibanje materijalne točke pri kojem se ona giba naizmjenično u oba suprotna smjera oko položaja ravnoteže, uvijek po istoj putanji.Ako je titranje periodično, tijelo nakon nekog vremena (T) u potpunosti ponavlja gibanje. Vrijeme (T) koje je potrebno da tijelo učini jedan puni titraj zove se period titranja. Frekvencija je broj titraja u jedinici vremena. f = 1 / T (jedinica Hz) Kružna frekvencija je broj titraja u 2π sekunda. ω = 2π · f = 2π / T -Harmonijsko titranje je titranje kod kojeg je sila F koja uzrokuje titranje proporcionalna otklonu* veličine koja titra od njenog ravnotežnog položaja (elongaciji*). Tijelo (sustav) koji izvodi harmonijsko titranje zove se harmonijski oscilator. 7
F = -k · x
k je koeficijent elastičnosti x je elongacija
8
22. Valno gibanje, jednadžba ravnog vala Val je poremećaj sredstva koji se širi određenom brzinom kroz prostor. Razlikujemo: -mehaničke valove - poremećene su koordinate pojedinih dijelova sredstva i šire se kroz elastična sredstva (čestice sredstva) -elektromagnetske valove - električno i magnetsko polje se mijenja u vremenu i ne zahtijevaju sredstva za svoje širenje, mogu se širiti i u vakumu (električno i magnetsko polje) -valove materije (elektroni, protoni, elementarne čestice, ... atomi, ..) Valovi mogu biti: 1. transverzalni – čestice sredstva titraju okomito na smjer širenja vala (-npr. val na užetu – jedan kraj horizontalno napetog užeta zatitramo rukom – kroz uže se širi transverzalni poremećaj) 2. longitudinalni – čestice titraju u smjeru širenja vala (npr. zvučni valovi) Puls je valno gibanje ograničeno na određeni dio prostora Δx, a van tog intervala nema valnog gibanja. x = A cos( ωt +ϕ) x - elongacija ; A – amplituda ; ωt + φ – faza titranja u trenutku t ω = 2π / T φ – faza titranja u trenutku t = 0 23. Interferencija valova, stojni valovi Interferencija je tipična valna pojava karakteristična za svako valno gibanje. Najlakše je se opaža na vodi promatrajući valove koji izlaze iz dva bliska izvora: oni se u određenim točkama prostora pojačavaju, a u drugim poništavaju. Kaže se da nastaje konstruktivna i destruktivna interferencija. Konstruktivna interferencija nastaje na mjestima gdje su valovi u fazi, a destruktivna gdje su valovi međusobno pomaknuti u fazi za π pa se brijeg jednog poklapa s dolom drugog vala i oni se poništavaju. -Stojni val ili stacionarni val - val je koji nastaje interferencijom dvaju valova jednake amplitude i frekvencije no suprotnog smjera. Pri tome neke čestice titraju, a neke miruju (tzv. čvorovi), pa val izgleda kao da stoji u mjestu. 24. Zakoni geometrijske optike - 1. zakon geometrijske optike - zakon pravocrtnog prosstiranja svjetlosti - svjetlost se kroz homogeno sredstvo rasprostire pravocrtno. - 2. zakon geometrijske optike – zakon neovisnosti svjetlosnih snopova - presijecanjem dvaju snopova svjetlosti oni se ne miješaju tj. jedan na drugog ne utječu. - 3. zakon geometrijske optike – zakon odbijanja (refleksije) svjetlosti - svjetlost se od površine odbija tako da su odbijena zraka, okomica i upadna zraka u istoj ravnini, a kut odbijanja je jednak kutu upada. Odbijanje može biti pravilno, ako je površina glatka ili difuzno (raspršeno), ako je površina hrapava. Površine koje su glatke jesu zrcala koja mogu biti ravna i zakrivljena (konkavna i konveksna).
9
- 4. zakon geometrijske optike – zakon loma svjetlosti – Snelliusov zakon - svjetlost koja pada na granicu dvaju sredstava indeksa loma n1 i n2 prijelazom iz jednog u drugo sredstvo lomi se tako da upadna zraka, okomica na granicu sredstava i lomljena zraka leže u istoj ravnini, a kut loma i kut upada zadovoljavaju Snellov zakon. Totalna refleksija – ( u > uk ) pojava pri kojoj se sve upadne zrake reflektiraju na graničnu površinu. 25. Leće - Leće – optičko sredstvo (npr. staklo) ograničeno dvjema sfernim ili cilindričnim plohama. Konvergentna ili sabirna leća – žarište je realno. Divergentna ili rasipna leća – žarište je imaginarno. Svaka leća ima 2 žarišta koja su simetrično raspoređena s obzirom na središte leće. jednadžba leće => 1/f = 1/a + 1/b jakost leće => j = 1/f ( dioptrija ) 26. Zračenje crnog tijela, zakoni zračenja -crno tijelo je idealizirani fizikalni sustav čije je svojstvo da upija svo elektromagnetsko zračenje koje padne na njegovu površinu – idealni apsorber. Za opisivanje crnog tijela koristi se fizikalna veličina koja se zove sposobnost zračenja ili emisivnost (e). emisivnost – omjer energije zračenja promatranog čvrstog tijela i energije zračenja apsolutnog crnog tijela. - Itezitet zračenja crnog tijela - proporcionalan je sa 4-om potencijom temperature. Rc = σ · T4 => σ – štefan – boltzmanova konstanta σ = 5.67 · 10-8 W m-2K-4 Pc = σ · T4 · S · e => snaga preko štefan – boltzmanove konstante Wienow zakon - A = λ max · T Valna duljina maksimalnog inteziteta zračenja obrnuto je proporcionalna apsolutnoj temperaturi. A = 2.89 · 10-3 K·m -Pflanckova teorija zračenja – 1900.g njemački fizičar Planck je došao do jednadžbe na osnovu 2 pretpostavke ( spektralna raspodjela intenziteta zračenja crnog tijela) : 1. energija je kvantizirana (energija zračenja je diskontinuirana) 2. energija kvanta zračenja proporcionalna je frekvenciji zračenja E = h · Ч Ч = f ; h = 6.63 · 10-34 Js brzina svjetlosti => c = λ · Ч Kvant je najmanja količina energije koja se može emitirati određenom frekvencijom. Foton je kvant elektromagnetskog zračenja koji se u vakuumu giba brzinom svjetlosti. 27. Fotoelektrični učinak -Fotoelektrični učinak – pojava pri kojoj materijali (metali) otpuštaju elektrone kada ih se obasja elektromagnetskim zračenjem.
10
28. Kvantni brojevi i struktura atoma -Struktura atoma Atom je osnovna građevna jedinica tvari. Atom se sastoji od jezgre (koju čine protoni i neutroni) i elektrona koji se nalaze u ljuskama oko jezgre. Jezgra čini 99.98% mase atoma. Atom je električki neutralna čestica. Jezgra je definirana: Atomskim,protonskim ili rednim brojem Z = broj protona = broj elektrona Masenim ili nukleonskim brojem A = broj protona + broj neutrona. U jezgri atoma nalazi se proton i neutron,a u elektronskom omotaču elektron. N(p+), N(n0), N(e-) -Modeli atoma – Thompsonov (puding sa grožđicama) , Ruthefordov (planetarni model) , Bohrov (samo za vodik). -Postoje 4 kvantna broja (specifično opisuje kvantno stanje bilo kojeg sustava u kvantnoj mehanici) to su : 1. osnovni kvantni broj (n) Glavni kvantni broj određuje energiju pojedine skupine bliskih energija i može imati vrijednosti n = 1, 2, 3, ... U kemiji se taj niz energijskih razina naziva ljuska i označavaju se s K, L, M, N... 2. orbitalni kvantni broj (l) Označava orbite atoma i stanja (podnivoe) u kojima se elektron može nalaziti. Često se orbitalni kvantni broj naziva podljuskom ili orbitalom i označava slovima s, p, d, f,... prema izgledu spektralnih linija. l = 0, 1, 2, 3, ...(n - 1) 3. magnetni kvantni broj Pri kretanju po kružnoj putanji elektron (e¯ ) stvara kružnu struju, koja stvara vlastito magnetno polje . Veličina koja karakteriše mikro-magnetno polje kružne struje je orbitalni magnetni moment elektrona Pm koji se definira formulom : „ Pm = I · S “ I - jačina struje ; S - površina strujne konture Magnetni orbitalni kvantni broj po apsolutnoj vrijednosti ne može biti veći od orbitalnog kvantnog broja, |ml| ≤ l. Poprima vrijednosti: ml = -l, (-l + 1), ... -1, 0, +1,... (l – 1), l 4. spinski kvantni broj (m) Spinom se opisuje vlastito svojstvo elektrona nešto slično vrtnji elektrona oko vlastite osi, po čemu je i odabran naziv tog kvantnog broja. Može poprimiti samo dvije vrijednosti: ms = −1/2 ili +1/2. --Pravila za vrijednosti n, l, ml dobivaju se rješavanjem Schrödingerove jednadžbe, a pravilo za ms dobijemo uključivanjem relativističkih učinaka u kvantnu fiziku. ime simbol značenje raspon veličina primjer veličine glavni kvantni broj ljuska za : orbitalni kvantni broj podljuska magnetni orbitalni kvantni broj magnetni spinski kvantni broj
pomak energije
za
spin
uvijek samo:
:
11
29. Atomska jezgra, defekt mase -Atomska jezgra izgrađena je od protona i neutrona. Ukupni naboj same jezgre je pozitivan i ovisi o broju protona. U Periodnom sustavu elemenata atomi su poredani upravo po broju protona u jezgri, odnosno atomskom broju koji je naznačen u lijevom donjem indeksu (pr. 1H). Zbroj masa protona i neutrona naziva se relativna atomska masa, izražen je u jedinici unificirane atomske mase [u = 1,6606·10-27 kg] i naznačen je u lijevom gornjem indeksu (npr. 1.008H), dok se zbroj protona i neutrona naziva maseni (nukleonski) broj, a označava se sa "A". -Defekt mase - pojava koja se sastoji u tome da je masa svake atomske jezgre manja od zbroja masa njezinih sastojaka (protona i neutrona). Kao primjer za ovu pojavu neka posluži atom elemenata helija. Helijeva jezgra sastoji se iz 2 protona i 2 neutrona. Umjesto 2 protona i elektrona smijemo u ovom računu uzeti 2 vodikova atoma, jer se oni sastoje također iz po jednog protona i jednog elektrona. Atomska masa vodika je 1,008131, a neutrona 1,00895. Dva vodikova atoma i dva protona trebalo bi zajedno dati (2·1,008131) + (2·1,00895) = 4,03416. Međutim atomska masa helija koji se sastoji¸iz istih čestica iznosi točno 4,00384 dakle za 0,03032 jedinice atomske mase manje. Ta razlika zove se defekt mase helija. Po Einsteinovom principu ekvivalencije mase i energije ta je razlika u masi prilikom postojanja helija iz protona i neutrona bila pretvorena u energiju. Obzirom na poznatu jednadžbu: E = m · c2 , lako se može izračunati da defekt mase od 0.03032 grama odgovara energiji od 2,7288·1012 J S tom ogromnom energijom moglo bi se otprilike 65 tona vode zagrijati od 0°C do 100°C. Gubitak mase od 0.03032 grama po jednom gramu-atomu helija je mjerilo za tzv. energiju vezanja, tj. energiju s kojom se protoni i neutroni u jezgri helija drže zajedno. Ova se energija aktivira prilikom dobivanja nuklearne energije, ili kako je često zovu atomske energije. 30. Radioaktivnost To je spontana reakcija elementa koja vodi pretvorbi u lakše elemente. -Radioaktivnost je svojstvo nekih vrsta atoma da im se jezgre spontano mijenjaju i pri tome emitiraju energiju u obliku zračenja. Ta se promjena jezgre naziva radioaktivnim raspadom. ili -Radioaktivnost je spontano emitiranje alfa-čestica i beta-čestica iz tvari, često praćeno i emisijom gama elektromagnetskih valova, pri čemu kemijski elementi prelaze iz jednih u druge te se oslobađa energija u obliku kinetičke energije emitiranih čestica ili energije elektromagnetskih valova a svaka atomska jezgra ima karakteristično vrijeme poluraspada. -A-zračenje se može zaustaviti listom papira. Ruterford je kasnije pokazao da je alfačestica, u stvari, jezgra atoma helija, 4He. -Beta čestice su kasnije identificirane kao elektroni velikih brzina. Šest milimetara aluminija je potrebno da bi se zaustavila većina beta-čestica. Alfa-raspad promjena je atomske jezgre pri kojoj jezgra emitira alfa-česticu, maseni broj se smanjuje za 4, a redni broj za 2. Primjerice alfa-raspadom U-238 nastaju Th-234 i alfa-čestica. Beta-raspad promjena je atomske jezgre pri kojoj dolazi do emisije ili apsorpcije elektrona ili pozitivnog elektrona (pozitrona) i antineutrina ili neutrina. Pritom se maseni broj ne mijenja, a redni broj elementa promijeni se za jedan. U prirodnim radioaktivnim nizovima pri tzv. beta-minus-raspadu jedan neutron u jezgri raspada se na elektron, antineutrino i proton. Primjerice beta-raspadom Th-233 nastaju Pa-234, beta-minusčestica. Gama-radioaktivnost prijelaz je između stanja više pobuđenosti atomske jezgre u stanje niže pobuđenosti ili u osnovno stanje, a elektromagnetsko zračenje visoke frekvencije koje se pritom emitira naziva se gama-zračenje. Tada se ne mijenjaju više redni ni maseni broj elementa.
12
31. Fisija, fuzija -Nuklearna fisija (lat. fissio, razdvajanje, dijeljenje) fizikalni je pojam koji označava "razbijanje" atomske jezgre na dvije ili više novih atomskih jezgri. Pri tome obično dolazi i do oslobađanja neutrona, gama-zračenja te alfa- i beta-čestica. Pri fisiji jezgri teških elemenata oslobađa se energija u obliku gama-zračenja i kinetičke energije produkata. Kod nekih elemenata fisiju može izazvati apsorpcija sporog neutrona, a novonastali neutroni također mogu izazvati fisiju pa pri povoljnim uvjetima nastaje proces poznat kao nuklearna lančana reakcija koja je u nuklearnim reaktorima kontrolirana, a u nuklearnim bombama nekontrolirana. -Fuzija – proces u kome se spaja više atomskih jezgri pri čemu nastaje teža atomska jezgra. To je praćeno oslobađanjem ili apsorpcijom energije što je ovisno o masi uključenih atomskih jezgri. Jezgre željeza i nikla imaju najveću energiju veze po nukleonu i zbog toga su one najstabilnije između svih drugih jezgri. Fuzija dvije jezgre lakših od jezgri željeza ili nikla najčešće oslobađa energiju, dok fuzija jezgri koje su teže od jezgri željeza ili nikla apsorbira energiju. Fuzija je proces koji se dešava na zvijezdama, kao što je Sunce. fisija ≠ fuzija
13
