Atomfysik

1. Atomfysik Från Demokritos till Schrödinger Atomer, vågor och/eller partiklar??

2. Atomens historia • Demokritos, En ”gammal grek”, levde på 400-talet f.kr., filosof • Teori: ”Alla ämnen är uppbyggda av små partiklar som inte kan sönderdelas” • Aristoteles, En annan”gammal grek”, levde något efter Demokritos, filosof • Teori: ”Allt en blandning av de 4 elementen luft, eld, jord och vatten” • Övriga forskningsområden: ”Fritt fall”, ”synen”

3. Våg eller partikel? Newton – ljus är partiklar (korpulusker) Huygens/Young – ljus är en våg Einstein – med partikelegenskaper, foton De Broglie – ALLT har vågegenskaper IDAG – våg/partikeldualitet simulering

4. Atommodeller 440 f.kr. Demokritos – atomer och tomrum Thales/Aristoteles – elementteorier 1600-talet Boyle – grundämnen 1803 Dalton – atomer med olika vikt 1897 Thomsons ”bullmodell” positivt ämne elektroner

5. Rutherford spridning 1911 utförde Rutherford och medarbetare ett experiment där energetiska alfapartiklar träffade en tunn guldfolie. Det oväntade resultatet var att vissa alfapartiklar helt ändrade riktning, och att vissa till och med kom tillbaka i motsatt riktning. Dessa resultat kunde inte förklaras med gällande atommodeller, utan istället antogs att atomens positiva laddning var koncentrerad till en liten kärna, omgiven av elektroner (”planetmodell”).

6. Atommodeller Rutherford Tänkte ett planetsystem, där kärnan utgjorde solen Niels Bohr Tänkte sig att elektronerna fanns i ett elektronmoln runt kärnan man kan bara säga hur stor sannolikheten är att hitta en elektron på en viss plats i molnet. Kristoffer Brandström, Fribergaskolan

7. 1911 Rutherfords kärnmodell -e Ze -e -e

8. n3 1913 Bohrs atommodell, simulering n2 n1 hf -e e

9. 1920-t Kvantmekanisk modell, simulering Framtiden Supersträngar?

10. Historisk översikt 440 f.kr Demokritos, ”atomer och tomrum” Övergavs för elementteorin. 1600-t Boyle, grundämnen av partiklar 1650-t Newton, bl.a. vitt ljus är sammansatt 1803 John Dalton, grundämnen är atomer med olika vikt 1807 Young, dubbelspaltsexperiment 1814 Frauenhofer, mörka linjer i solspektrat Bunsen/Kirchoff, spektroskop 1871 Mendeleyev, periodiska systemet 1885 Balmer, modell för vätelinjer

11. Historisk översikt, forts. 1886 Rydberg, formel för alla vätelinjer 1887 Hertz, upptäckte fotoeffekten fotoeffekten 1896 Becquerel, radioktivitet hos uran 1897 Thomson, upptäcker elektronen 1900 Planck, atom kan bara ta emot/sända ut energi i vissa mängder, kvanta 1905 Einstein, foton förklarar fotoeffekten 1911 Rutherford, atom har kärna –guldfolieexp. 1913 Bohr, modell för väteatomen 1914 Franck-Hertz, exp. bekräftar atommodell 1922 Compton, krockar elektroner och fotoner

12. Historisk översikt, forts. 1923 De Broglie, partiklar har vågegenskaper 1924 Pauli, uteslutningsprincipen för atomskal 1926 Schrödinger, kvantmekanisk vågekvation 1927 Davidsson-Germer, exp. partikelvåg 1927 Heisenberg, osäkerhetsprincipen 1933 proton-neutron modell . . ??? The grand unifying theory (supersträngar?)

13. Porträttgalleri Joseph John Thomson 1856-1940 Max Planck 1858-1947 Albert Einstein 1879-1955

14. Porträttgalleri Niels Bohr 1885-1962 Ernest Rutherford 1871-1937 Erwin Schrödinger 1887-1961

15. Porträttgalleri Gustav Ludwig Hertz James Franck 1887-1975 1882-1964 Louis de Broglie 1892-1987

16. Porträttgalleri Clinton Davisson Lester Germer 1881-1958 Werner Heisenberg 1901-1976 Wolfgang Pauli 1901-1976

17. Porträttgalleri Sir Isaac Newton

18. Elektronbanor • Elektroner kan bara kretsa i vissa bestämda banor på bestämda avstånd från kärnan • Då ett ämne värms upp tillförs energi till atomerna i ämnet • elektronerna hoppar från sina bestämda banor till en bana längre ut från kärnan • Detta kallas att elektronerna exciteras

19. - + n =1 n =2 n =3 Bohrs väteatom - beskrivning av modellen Bohr utgick från Rutherfords bild av atomen, dvs en positivt laddad kärna omgiven av elektroner, men gjorde två nya antaganden. • Elektronerna kan bara befinna sig i vissa • diskreta energinivåer. • Elektronerna utsänder inte e-m vågor • i dessa banor. Ei Dessa tillstånd/banor kallas därför för stationära tillstånd, eller stationära orbitaler. - Ef - + När en elektron byter tillstånd så utsänds en foton med frekvens f, där h f = Ei - Ef (Ei > Ef )

20. Ju längre hopp, desto större är atomens energinivå ! • Vad händer sedan med elektronerna som ”hoppat ut”? • Elektronerna strävar efter att återgå till grundtillståndet, antingen direkt eller via mellanlandningar. • En ljusblixt avges när återhoppet sker! Ljusblixten=energi = foton

22. Ljusets färg(=fotonens energi) beror på mellan vilka banor elektronen faller

23. Spektrum • ”Då vitt ljus bryts i ett prisma och delas upp i olika färger” • 3 olika sorters spektrum: • Kontinuerligt spektra • Linjespektra • Absorbtionsspektra

24. Elektromagnetiskt spektrum

25. Synligt ljus

26. Linje spektra • Individuella atomer som sänder ut ljus, sänder bara ut ljus av • vissa diskreta våglängder. • Dessa våglängder är karakteristiska för varje atom och ger • viktig information om atomens struktur. • Med hjälp av ett diffraktionsgitter kan de olika våglängderna • separeras och en linje erhålles för varje våglängd som sänds ut. • En sådan serie med linjer kallas för ett linje spektrum.

27. Kontinuerligt spektrum – Ljuset kommer från ett glödande fast ämne -> Regnbåge… • Linjespektrum –Ljuset kommer från en upphettad gas -> 1 eller ett fåtal färger… • Absorptions- spektrum – Kristoffer Brandström, Fribergaskolan

28. Elektromagnetiska vågor • I början av 1800-talet fick man klart för sig att: • Ljus har egenskaper som är typiska för alla vågrörelser, t.ex vågorna på vattnet… • Egenskaperna beror på vilken våglängd vågrörelsen har. • Ljus kan beskrivas som både fotoner(partiklar) och som vågor.

29. Det finns många olika sorters osynlig strålning som också består av fotoner, och som har energinivåer som våra ögon inte kan uppfatta. • Vågorna är växlande elektriska- och magnetiska fält. • De står inte stilla utan rör sig framåt med ljusets hastighet. De kallas Elektromagnetiska vågor.

30. Atomkärnan • Atomnummer= antalet protoner • Masstalet = antalet protoner + antalet neutroner • Exempel…………….på tavlan!