Ergo Fysik B Kapitel 2 – Atomfysik
Extrauppgifter
201
En laser sänder ut ljus med våglängden 633 nm. a) Beräkna frekvensen. b) Beräkna energin i ett energikvanta (foton) i laser-ljuset. c) Effekten i laserstrålen är 0,40 mW. Hur många fotoner sänder lasern ut varje sekund?
202
Elektroner med kinetiska energin 2,00 · 10 –18 J exiterar väteatomer från grundtillståndet. a) Vilken är den högsta energinivå som en H-atom kan exiteras till? b) Hur många olika frekvenser kan det finnas i den strålning som vätgasen därefter sänder ut?
203
I en gas med temperaturen T K har molekylerna den genomsnittliga kinetiska energin
W k =
3 2
k T .
I en gas av väteatomer kan en atom exiteras när den stöter
samman med en annan atom om temperaturen är tillräckligt hög. a) Hur stor energi behövs för att exitera en H-atom från energinivå W 1 till energinivå W 2? b) Vilken temperatur har vätgasen när atomerna har samma kinetiska energi som i uppgift a)? c) Vid vilken temperatur har H-atomerna tillräckligt hög energi för att kunna jonisera varandra? 204
Den gula natriumlinjen har våglängden 589 nm. Vilken energi har de fotoner i vitt ljus som kan absorberas av en Na-atom?
205
a) Vad menas med joniseringsenergin för en atom? Vilket samband gäller
mellan joniseringsenergin och energin i grundtillståndet? b) Våglängden för fyra av spektrallinjerna från grundämnet litium (atomnummer 3) är 671 nm, 323 nm, 274 nm och 256 nm. De härrör från över-gångar från de fyra lägsta energitillstånden över grundtillståndet och till grundtillståndet. Beräkna energinivåerna och rita ett energinivådiagram för litium. Joniseringsenergin för litium är 8,61 · 10 –19 J. c) Litiumatomen har tre elektroner, två i det innersta elektronskalet och en ytterst. Energinivåerna i b) gäller för den yttersta elektronen. Man kan betrakta atomkärnan och de två innersta elektronerna elektronerna som en slags ´´kärna´´ ´´kärna´´ för den yttersta elektronen. Då blir liti-umatomen en så kallad väteliknande atom. Kontrollera om energinivåerna i b) överensstämmer med formeln 2 W n = – B/n för väteatomen.
Författarna och Liber AB
1
Ergo Fysik B Kapitel 2 – Atomfysik
Extrauppgifter
206
I ett lysrör exiteras kvicksilveratomer av elektroner. I de flesta av kollisionerna avger en elektron 0,783 aJ till en kvicksilveratom. Kvicksilveratomen exiteras då från grundtillståndet W 1 = –1,672 aJ till ett exiterat tillstånd W 3. a) Beräkna W 3. b) Vilken våglängd får den strålning som Hg-gasen utsänder när atomerna går direkt tillbaka till grund-tillståndet? Vad heter strålning med denna våglängd? c) Strålningen i b) är både osynlig och farlig för människor. Hur görs strålningen synlig och ofarlig innan den lämnar lysröret? d) Spänningen mellan elektroderna i lysröret är 150 V. Hur stor energi tillförs en elektron i lysröret från spänningskällan? Hur många exitationer (från W 1 till W 3 ) kan en elektron teoretiskt ge upphov till?
207 När vi sänder ljus med våglängden 330 nm genom natriumånga, exiteras Na-
atomer från energi-nivån W 1 till energinivån W 4. En sådan Na-atom kan avge sin energi i tre steg: W 4 → W 3, W 3 → W 2 och W 2 → W 1. Övergången W 3 → W 2 ger strålning med våglängden 1140 nm, och W 2 → W 1 ger 589 nm. Vilken våglängd ger övergången W 4 → W 3 ? Energi
W 4 W 3
W 2
W 1
208
a) Rita en skiss av en fotocell med koppling. b) När vi sänder ljus mot fotocellen, visar det sig att det går elektrisk ström i
cellen bara när våglängden är 580 nm eller mindre. Beräkna utträdesarbetet för katodmetallen i fotocellen. c) När ljuset har våglängden 290 nm, går det ström genom fotocellen i b). Vi kan stoppa strömmen med en elektrisk spänning. Hur måste fotocellen då vara kopplad? Vilken är den minsta spänning vi kan använda? Vad kallar man denna spänning?
Författarna och Liber AB
2
Ergo Fysik B Kapitel 2 – Atomfysik
Extrauppgifter
209
Spänningen över ett röntgenrör är 125 kV, och strömmen är 12,0 mA. a) Hur många elektroner träffar anoden varje sekund? b) Hur stor är en elektrons kinetiska energi när den träffar anoden? c) I vilket våglängdsområde ligger den röntgenstrålning som utsänds från anoden? d) Av den energi som elektronerna tillför anoden, utsänds 1,0 % som röntgenstrålning. Resten förs bort från anoden av en kylvätska. Hur stor är den avgivna effekten från anoden till kylvätskan när anodtemperaturen håller sig konstant?
Författarna och Liber AB
3
Ergo Fysik B Kapitel 2 – Atomfysik
Extrauppgifter
Svar och kommentarer 201
a) 4,74 · 10
14
Hz b) 3,14 · 10 J 15 c) 1,3 · 10 –19
202
a) W 3 b) 3
203
–18
a) 1,63 · 10
J
3
b) 79 · 10 K 3
c) 105 · 10 K 204
3,38 · 10 –19 J
205
a) W jon = W ∞ – W 1 = – W 1 –19
J, W 2 = –5,65 · 10 –19 J, W 3 = –2,46 · 10 –19 J, –19 J, W 5 = –0,85 · 10 –19 J (W ∞ = 0) W 4 = –1,36 · 10 c) W 1 passar inte, men W 2, ... , W 5 passar rimligen bra. Litiumatomen är mest väteliknande i de exiterade tillstånden. b) W 1 = – 8,61 · 10
206
a) – 0,889 aJ b) 254 nm, ultraviolett c) Luminiscens i beläggningen på glasets insida d) 24 aJ, 30
207
2,20 µm (2196 nm)
208
b) 3,43 · 10
209
a) 7,49 · 10
–19
J c) 2,14 V , tröskelspänning 16
–14
b) 2,00 · 10
J –12 c) λ ≥ 9,92 · 10 m d) 1,5 kW
Författarna och Liber AB
4
