atomfysik n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Atomfysik PowerPoint Presentation
Download Presentation
Atomfysik

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 45

Atomfysik - PowerPoint PPT Presentation


  • 232 Views
  • Uploaded on

Atomfysik. Demokritos (c:a 460-370 f.Kr ). Grekisk filosof och tillsammans med Leukippos företrädare för den antika atomteorin. Verkligheten består av odelbara (=atom) och oföränderliga atomer som alltid har funnits.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Atomfysik' - melvina-hartnett


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
demokritos c a 460 370 f kr
Demokritos (c:a 460-370 f.Kr)
  • Grekisk filosof och tillsammans med Leukippos företrädare för den antika atomteorin.
  • Verkligheten består av odelbara (=atom) och oföränderliga atomer som alltid har funnits.
  • Själen består av särskilt fina, runda och glatta atomer som finns i hela kroppen.
  • Den antika atomismen var mer filosofisk än naturvetenskaplig.
atombegreppet blir naturvetenskapligt
Atombegreppetblir naturvetenskapligt
  • Robert Boyle (1627-1691) ansåg att materien består av osynliga små korpuskler med olika form och storlek som kan förenas till bestämda grupper (molekyler).
  • •Väte och syre förenas alltid i det enkla viktsförhållandet 1/8 när vatten bildas.
  • •Utifrån bl a detta formulerar John Dalton (1803) en atomteori där atomer ses som grundämnenas minsta delar, med en för varje grundämne unik atomvikt.
amadeo avogadro 1776 1856
Amadeo Avogadro (1776–1856)
  • Italiensk fysiker och kemist.
  • Gaser reagerar alltid i enkla heltalsförhållanden, t ex 2 volymer vätgas (H2) och 1 volym syrgas (O2) ger vatten (2H2O).
  • Detta gav Avogadro år 1811 idéen att lika volymer av alla gaser (vid samma temperatur och tryck) innehåller lika antal molekyler.
j ns jacob berzelius 1779 1848
Jöns Jacob Berzelius (1779-1848)
  • •Kemist och en av Sveriges mest berömda naturforskare.
  • •År 1818 hade han bestämt atomvikten hos 45 av dåtidens 49 kända grundämnen.
  • •Läs mer här!
brownsk r relse
Brownsk rörelse
  • Robert Brown observerade 1827 att små partiklar i en vätska rör sig oregelbundet.
  • Orsaken var enligt Brown stötar från vätskans molekyler.
  • Detta bevisades av Albert Einstein 1905.
  • Detta bevisar existensen av atomer och molekyler.
  • Läs mer här!
elektronen uppt cks 1897
Elektronen upptäcks 1897
  • I början av 1800-talet visste man att joner har en laddning som är en multipel av ett heltal.
  • År 1897 upptäcker J JThomson (1856–1940) att katodstrålar (elektronstrålar) består av negativt laddade partiklar, som han kallar korpuskler (elektroner).
  • Han bestämde även dess kvot qe/me.
  • Han antog att elektronen är en beståndsdel i atomen.
thomsons atommodell
Thomsons atommodell
  • •Visste att atomen är elektriskt neutral.
  • •Antog att de negativa elektronerna är inbäddade i en positivt laddad partikel, vilka tillsammans utgör atomen.
  • •”Kallas Thomsons russinkaksmodell”.
  • •Fick nobelpriset år 1906.
  • •Läs mer här!
radioaktiviteten uppt cks
Radioaktiviteten upptäcks
  • År 1896 upptäcker Henri Becquerel att ett uransaltsvärtar en fotografisk plåt.
  • Saltet utsänder uranstrålar.
  • Marie Curie (1867–1934) inför begreppet radioaktivitet och upptäcker tillsammans med sin man Pierre olika typer av radioaktivitet.
  • Becquerel och makarna Curie tilldelas nobelpriset i fysik 1903.
  • Marie tilldelas även nobelpriset i kemi 1911.
  • en benmärgsskada orsakad av radioaktiv strålning
ernest rutherford 1871 1937
Ernest Rutherford (1871-1937)
  • •Uppväxt på Nya Zeeland, verksam i England. Läs mer!
  • •Upptäcker tre typer av radioaktivitet, som han kallar alfa-, beta- och gammastrålning (a, b, g).
  • •Visade år 1903 att a-strålar är positiva och år 1908 att de utgörs av heliumkärnor (He2+) med hög hastighet.
  • •Nobelpris i kemi år 1908.
rutherfords guldfolie
Rutherfords guldfolie
  • Bestrålade en tunn guldfolie med a-partiklar.
  • Flertalet partiklar passerade genom foliet.
  • Enstaka partiklar studsade tillbaka.
  • - Lika otroligt som om du fyrar av en femtontums granat mot ett pappersblad och granaten kommer tillbaka och träffar dig, enligt Rutherford.
  • Thomssons atommodell orimlig!
rutherfords atommodell 1911
Rutherfords atommodell (1911)
  • Atomen består mest av tomrum.
  • Atomassan och dess positiva laddning måste vara koncentrerad till en ytterst liten kärna, omgiven av elektroner.
  • Mätte kärnans diameter till 10-15 m och atomens till 10-10 m.
  • Kallas även planetmodellen och gäller i huvudsak än idag.
planetmodellen bristf llig
Planetmodellen bristfällig
  • Likt planeternas rörelse runt solen måste de negativa elektronerna cirkulera runt den positiva atomkärnan för att inte falla in i den.
  • Accelerade laddningar sänder dock ut elektromagnetisk strålning, enligt klassisk fysik, och kommer således att tappa fart och falla in mot kärnan.
  • Atommodellen måste modifieras.
niels bohrs 1885 1962
Niels Bohrs (1885-1962)
  • Dansk fysiker, nobelpris 1922.
  • Bohrs två postulat år 1913 för en stabil atom:
  • Elektronerna rör sig endast i vissa tillåtna cirkulära banor runt atomkärnan utan att sända ut strålning.
  • Atomen strålar endast när en elektron övergår från en bana till en annan och då med en frekvens som ges av formeln hf=E1-E2
bohrs atommodell 1913
Bohrs atommodell (1913)
  • Enligt Bohr rör sig elektronerna i vissa tillåtna banor (skal)
excitation av atomer
Excitation av atomer
  • Bohrs atommodell förklarar spektrallinjer med att den exciterade atomens elektroner faller tillbaka till lägre energinivåer (elektronbanor). Energiminskningen utsänds som fotoner (linjer).
  • Atomer exciteras på främst två sätt:
  • Via rörelseenergi från en kolliderande elektron. För excitation krävs att elektronens rörelseenergi är minst energiskillnaden till nästa energinivå.
  • Absorption av en foton, vars energi exakt är energiskillnaden till en högre energinivå i atomen
emissionsspektrum
Emissionsspektrum
  • Det finns tre typer av emissionsspektrum:
  • Värmestrålning från fasta material ger kontinuerligt spektrum (alla våglängder), t ex från glödlampor:
  • Värmestrålning och urladdningar i enkla gaser ger linjespektrum (spektrallinjer). Här från väte:
  • Värmestrålning och urladdningar i molekylgaser ger bandspektrum, t ex från lysrör. Här från järn:
urladdningsr r
Urladdningsrör
  • En hög spänning (flera tusen volt) läggs över rörets ändar.
  • Röret är fyllt med en gas under lågt tryck.
  • Urladdningen får elektronerna att excitera atomerna i den tunna gasen.
  • När atomerna återgår till grundtillståndet sänder de ut fotoner, som syns som spektrallinjer.
spektralhistoria
Spektralhistoria
  • Anders Ångström (1814–74), svensk fysiker och astronom, en av spektroskopins grundare. Den förste (1853) som observerade vätets spektrum.
  • Johann Jakob Balmer (1825–98), schweizisk matematiker. Uppställde 1885 en formel för vätets spektrallinjer utifrån Ångströms mätningar.
  • Janne Rydberg (1854–1919), svensk fysiker och matematiker, som 1890 förbättrade Balmers formel.
absorptionsspektrum
Absorptionsspektrum
  • Gas som belyses av ljus absorberar de våglängder som gasen emitterar.
  • Ljus som passerar en gas saknar alltså vissa våglängder, vilket ses som svarta linjer i ett kontinuerligt spektrum.
  • Detta kallas ett absorptionsspektrum.
frauenhoferlinjer
Frauenhoferlinjer
  • Mörka absorptionslinjer i solens kontinuerliga spektrum:
  • Atomer och molekyler i solens atmosfär absorberar vissa våglängder i solljuset, t ex väte och helium.H:
  • Upptäcktes (600 linjer) av Joseph von Fraunhofer (1787–1826) år 1814.

He:

bohr f rklarar spektrallinje
Bohr förklarar spektrallinje
  • Balmers eller Rydbergs formler är empiriska och förklarar inte varför linjepektrum uppkommer.
  • Bohrs atommodell förklarar att spektrallinjer uppkommer när en elektron hoppar mellan tillåtna energitillstånd (skal) och då sänder ut fotoner med bestämd våglängd.
  • Bohrs atommodell förklarar dock inte varför elektronerna endast tillåts existera i vissa banor (energinivåer).
st ende v gor och elektronbanor
Stående vågor och elektronbanor
  • Förklaringen ligger i de Broglies materievågor.
  • Elektronen kan endast existera i banor där elektronvåglängden ger stående vågor.
  • Elektronbanans omkrets motsvarar ett helt antal (n=1, 2, 3…) elektronvåglängder.
v teatomen
Väteatomen
  • Väte upptäckts år 1766 av Henry Cavendish (1731–1810) i London.
  • Vanligaste grundämnet – universums vikt utgörs av 70-80 % av väte.
  • Enklaste grundämnet – en proton och en elektron.
  • Lätt att beräkna radie och energinivåer för.
bohrradien f r v te
Bohrradien för väte
  • Rydbergs formel för väte, samt väteatomens radie (R) och energinivåer kan beräknas.
  • Bohrradien R1=0,0529nm är väteatomens radie i grundtillståndet (n=1).
  • Elektronen har då hastigheten v=2,19 Mm/s
v teatomens energiniv er
Väteatomens energinivåer
  • Energinivåerna En härleds med klassisk fysik kombinerat med uttrycket för bohrradien (se länk).
  • Grundtillstånd för n=1.
  • Negativa energinivåer därför att den joniserade väteatomen (d v s då elektronen avlägsnats) antas ha energin 0 eV.
  • Jonisationsenergin är 13,6 eV.
v teatomens emissionsspektrum
Väteatomens emissionsspektrum
  • Spektrat indelas i tre serier:
  • Lymanserien – övergångar till grundtillståndet (n=1), som ger kortvågigt osynligt UV-ljus.
  • Balmerserien – övergångar till nivån n=2, där övergångar från nivåerna n=3, 4, 5, 6 ger synligt ljus, resten är energirikare UV-ljus.
  • Paschenserien – övergångar till nivån n=3, där allt ljus ligger i infraröda området.
stimulerad emission
Stimulerad emission
  • I en exciterad atom faller elektronerna normalt tillbaka till lägre energinivåer slumpmässigt.
  • Belyses en exciterad atom med fotoner med samma energi som mellan två energinivåer utlöses emision.
  • Detta kallas stimulerad emission och är principen för laser - LightAmplification by Stimulated Emission ofRadiation.
koherent ljus
Koherent ljus
  • Laserljus har två värdefulla egenskaper:
  • Ljuset har en frekvens (d v s en våglängd, en färg).
  • Ljusvågorna/fotonerna är i fas med varandra.
  • Detta kallas koherent ljus.
laserns funktion
Laserns funktion
  • Blixtlampan exciterar atomerna i gasröret.
  • Fotoner som reflekteras i speglarna stimulerar exciterade atomer till emission. Läs mer här!
laserhistoria
Laserhistoria
  • År 1917 förklarade Albert Einstein teoretiskt grunderna för stimulerad emission.
  • År 1954 uppfanns den första masern - ’laser’ för mikrovågor, vilket gav N Basov, C H Townes och A Prochorov nobelpris 1964.
  • År 1958 publicerar A L Schawlow och C H Townes principerna för laserverkan. Schawlow fick nobelpris 1981.
  • År 1960 konstruerar T Maiman den första lasern.
r ntgenstr lning
Röntgenstrålning
  • Elektromagnetisk strålning (som ljus) med kort våglängd (0,001-50 nm).
  • Skapas genom att beskjuta en metallyta med elektroner med hög fart (hög energi, c:a 50 keV).
  • Röntgenrörmed vattenkylning:
r ntgenspektrum
Röntgenspektrum
  • Topparna visar den karakteristiska strålningen som är unik för materialet i metallplattan (anoden).
  • Kurvan visar bromsstrålningen.

(0,01 nm),Karakteristisk strålning, Bromsstrålning

tv typer av r ntgenstr lning
Två typer av röntgenstrålning
  • Vid inbromsningen av elektronerna skapas två typer av röntgenstrålning:
  • Bromsstrålning – laddningar som accelereras sänder ut kontinuerlig strålning.
  • Karakteristisk strålning – elektronerna exciterar metallatomerna genom att slå ut elektroner i de innersta skalen. Fotoner med hög energi skapas när dessa skal besätts med fria elektroner.
  • Metallytan består av tunga atomer (wolfram, molybden) med många elektroner.
r ntgenhistoria
Röntgenhistoria
  • År 1895 upptäcker Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) röntgenstrålningen, som då var okänd och kallades X-ray.
  • Fick första nobelpriset i fysik 1901.
  • Röntgenbilden är från år 1896.
  • Max von Laue (1879-1960) upptäckte 1912 att röntgen är elektromagnetisk strålning genom diffraktion i kristaller (nobelpris 1914).
bohrs atommodell modifieras
Bohrs atommodell modifieras
  • Redan innan Bohr presenterade sin modell för väteatomen 1913 hade man med högupplösande spektroskopi upptäckt att bl a vätets spektrallinjer består av flera tätt liggande linjer, s k finstruktur.
  • År 1916 modifierade Arnold Sommerfeld (1868-1951) Bohrs atommodell till att omfatta elliptiska elektronbanor.
bohr sommerfelds atommodell
Bohr-Sommerfelds atommodell
  • Finstrukturen kan ej förklaras med enbart huvudkvanttalet n (d v s elektronskalen K, L, M …).
  • Sommerfeld inför ytterligare ett kvanttal – banimpulmomentkvanttaletl, som kan anta värdena l =0, 1, 2, 3, n-1 och anger elektronbanans excentricitet.
  • l = 0, 1 och 2 kallas även s-, p- och d-elektroner.
  • I atomer med mer änen en elektron angerl-kvanttalen olikaenergitillstånd (underskal).
zeeman effekten
Zeeman-effekten
  • År 1896 upptäckte Pieter Zeeman (1856-1943) att spektrallinjer uppspaltas om ljuskällan placeras i ett magnetfält. Detta kallas Zeeman-effekt.
  • Nobelpris 1902.
  • Bohr-Sommerfeld-modellen tolkar detta som att elektronens banrörelse skapar ett magnetfält som samverkar med det yttre magnetfältet.
  • Effekten beskrivs med det magnetiska kvanttalet ml = 0, ±1, ±2… ±l
elektronspinn ger v tets finstruktur
Elektronspinn ger vätets finstruktur
  • År 1925 antar Samuel Goudsmit och George Uhlenbeck att elektronen roterar runt sin axel (som jorden) i sin bana runt atomkärnan.
  • Detta påverkar atomens energitillstånd.
  • De inför elektronspinnkvanttalet
  • Detta beskriver finstrukturen i vätets spektrum.
  • Bra länk om kvantmekanik.
elektronbanor och kvanttal
Elektronbanor och kvanttal
  • Elektronbanorna är inte cirkulära, utan sfäriska.
  • Det finns heller inte ”banor”, utan sannolikheter att finna elektronen på i ett visst läge i ”elektronmolnet”.
  • Med de fyra kvanttalen n, l, ml och ms kan emellertid elektronernas fördelning i elektronskalen anges.
  • Kvanttalen n, l ochmlges av schrödingerekvationen.
pauli principen och kvanttalen
Pauli-principen och kvanttalen
  • Wolfgang Pauli (1900-1958), tysk fysiker.
  • Uppställde 1925 Pauli-principen: Varje elektron i en atom har en unik kombination av de fyra kvanttalen.
  • Nobelpris år 1945.
periodiska systemets historia
Periodiska systemets historia
  • Den ryske kemisten Dmitrij IvanovitjMendelejev (1834-1907) och tyske kemisten Lothar Meyer (1830-1895) sammanställde oberoende av varandra år 1869 det första periodiska systemet för de då 63 kända grundämnena.
  • Grundämnena ordnades efter stigande atomvikt.
  • Läs mer om periodiska systemet och om Mendelejev och andra kemister.
mer atom och kvantfysik
Mer atom- och kvantfysik
  • Utbildningsradions (UR) länk http://www4.ur.se/orbital/ínnehåller mycket om atom- och kvantfysik, bl a animeringer