Presentation om atomfysik och kärnfysik. Fysik för årskurs 7-9.

1. Fysik för årskurs 7-9
Atomfysik och Kärnfysik
Lena Koinberg

2. Denna presentation innehåller
• Atomen
• Olika sorters ljus
• Radioaktivitet
• Fission

3. Atomen

4. Atommodell
• I atomens kärna finns positivt
laddade protoner.
• I atomens kärna finns också
elektriskt neutrala neutroner.
• Runt kärnan rör sig negativt
laddade elektroner.
• Protoner, neutroner och elektroner
kallas för elementarpartiklar.
• 1 protons laddning är lika stor som
1 elektrons laddning.

5. Grundämne
• Om ett ämne bara består av en sorts atomer så är det
ett grundämne.
• Exempel på grundämnen: väte, syre, kol, järn och guld.
• Det finns drygt 100 grundämnen.
• Alla grundämnen finns i det periodiska systemet.

6. Atom är neutral
• 1 protons laddning är lika stor som 1
elektrons laddning.
• En atom innehåller lika många protoner (+)
som elektroner (-) och är neutral.

7. Negativ Jon
• En negativ jon (-) innehåller fler elektroner (-)
än protoner (+).

8. Positiv Jon
• En positiv jon innehåller fler protoner (+) än
elektroner (-).

9. Joner bildas
Steg 1:
2 atomer
Steg 2:
En atom ger
bort en elektron.
Steg 3:
Det bildas en
positiv jon och
en negativ jon.

10. Atomens massa
• En proton och en neutron har ungefär lika stor
massa.
• Atomens massa är nästan helt samlad i
atomkärnan.
• En protons massa är ungefär 2000 gånger så
stor som en elektrons massa.
• Elektronerna är en bit ifrån kärnan. Större
delen av atomen består av tomrum.

11. Atomnummer
• Atomnummer: Antal protoner
• Masstal: Antal protoner + Antal neutroner

12. Isotoper
• Isotoper är varianter av ett grundämne. De har
samma atomnummer, men olika masstal.
• Väte har 3 isotoper. Alla har en proton. Antalet
neutroner är 0, 1 eller 2.

13. Elementarpartikelfysik
• Elementarpartikelfysik studerar fysikens allra
minsta beståndsdelar kallade
elementarpartiklar.
• Exempel på elementarpartiklar är fotoner och
kvarkar.

14. Nanoteknik
• Inom nanoteknik så ändrar man materia på
atomnivå.
• Man tillsätter pyttesmå partiklar kallade
nanopartiklar i olika material för att ändra på
materials egenskaper, exempelvis för att göra
bildäck extra slitstarka.

15. Olika sorters ljus

16. Elektronskal
• Elektronerna är grupperade i olika skal.
• K: Innersta skalet, kan innehålla 2 atomer.
• L: Nästa skal, kan innehålla 8 atomer.
• Elektronskalen fortsätter sedan M, N, O, P och så
vidare.

17. Elektromagnetisk strålning
• När energi tillförs (ett ämne värms) så kan elektroner
hoppa till ett yttre skal. Då saknas en elektron i ett
inre skal och atomen är instabil.
• Elektronen hoppar sedan tillbaka. När den hoppar
tillbaka så avger den energi i form av
elektromagnetisk strålning.

18. Olika hopp ger olika färger
• Energin som avges när elektronen faller tillbaka kallas
för en foton.
• Ju längre hopp en elektron tar desto mer energi har
fotonen som avges då elektronen hoppar tillbaka
inåt.
• Om elektronen hoppar en kort bit så uppfattar vi
fotonen som rött ljus. Hoppar den en längre bit så
uppfattar vi fotonen som blått eller violett ljus.

19. Olika typer av ljus
• Det finns ljus som vi inte kan se med våra ögon.
• Ljus som innehåller mer energi än det synliga ljuset:
– Ultraviolett ljus eller UV-ljus är ljus som kan orsaka
hudcancer.
– Röntgenstrålning
– Gammastrålning
• Ljus som innehåller mindre energi än det synliga ljuset:
– Infrarött ljus, används i infravärmare
– Mikrovågor, används i mikrovågsugnar
– Radiovågor, använd vid radiokommunikation

20. Röntgenstrålning
• Om en elektron i ett av de innersta skalen
ersätts av en elektron från ett av de yttersta
skalen så avger atomen energirik
röntgenstrålning.
• Röntgenstrålning används för att ta
röntgenbilder. Skelett absorberar
röntgenstrålning bättre än vad mjukdelar gör.
Skelettet syns därför på röntgenbilden.
• Röntgenbilden på handen är tagen av
Wilhelm Röntgen 1896.

21. Radioaktivitet

22. Radioaktiva ämnen
• Radioaktiva ämnen har instabila atomkärnor.
• En instabil atomkärna sönderfaller med tiden.
• När en atomkärna förändras så skickar den ut
strålning.
• Det finns tre typer av strålning som kan avges
från atomkärnan:
– Alfastrålning
– Betastrålning
– Gammastrålning

23. Alfastrålning
• Vid alfasönderfall avger atomkärnan en alfapartikel.
• En alfapartikel består av 2 protoner och 2 neutroner
• En alfapartikel är en heliumkärna.
• Atomnumret minskar med två. Atomen omvandlas till
ett nytt grundämne med två protoner färre.

24. Betastrålning
• Vid betasönderfall avger atomkärnan en betapartikel.
• I atomkärnan omvandlas en neutron till en proton och
en elektron.
• Elektronen skickas iväg som betastrålning.
• Atomnumret ökar med ett. Den extra protonen gör att
atomen omvandlas till ett nytt grundämne med en till
proton.

25. Gammastrålning
• Gammastrålning är elektromagnetisk strålning.
• Gammastrålning är en energirik foton som avges
från atomkärnan.
• Atomnumret är oförändrat.

26. Skydd mot strålning
• Det är farligt att utsättas för radioaktiv
strålning.
• Alfastrålning kan stoppas av ett papper.
• Betastrålning kan stoppas av en plåt- eller
glasskiva.
• Gammastrålning kan gå rakt igenom både
kroppen och kraftiga stålplåtar.
• Gammastrålning kan stoppas av en tjock
blyplåt.

27. Joniserande strålning
• Radioaktiv strålning är joniserande strålning.
• Joniserande strålning är energirik och kan slå bort
elektroner från atomer och molekyler inne i kroppens
celler. Dessa förvandlas då till joner.
• Man kan få cancer av att utsättas för joniserande
strålning.
• Joniserande strålning används i cancerbehandling (se
bild). Man strålar då cancercellerna med joniserande
strålning för att de ska skadas.

28. Halveringstid
• I ett radioaktivt ämne så sönderfaller
atomkärnorna.
• Det finns stora mängder med atomkärnor i ett
ämne.
• Halveringstid är så lång tid som det tar för
hälften av atomkärnorna att sönderfalla.

29. Kol-14 metoden
• Det finns flera isotoper av kol.
• Kol-14 är en radioaktiv kolisotop.
• Halveringstiden för kol-14 är 5730 år.
• Arkeologer avgör hur gamla
arkeologiska fynd är genom att mäta
hur mycket kol-14 som det finns i
ämnet.
• Kol-14 metoden fungerar bara på
sådant som varit levande (växter och
djur).
• Bilden visar de 2000 år gamla
dödahavsrullarna. Åldern har
bestämts med kol-14 metoden.

30. Fission

31. Fission
• Fission är kärnklyvning.
• Om man skjuter neutroner
på en atomkärna så kan den
klyvas i flera delar.

32. Fission kedjereaktion
1) En neutron skickas mot
en atomkärna.
2) När atomkärnan klyvs så
frigörs samtidigt två eller
tre nya neutroner.
3) Dessa neutroner kan i sin
tur klyva varsin atomkärna
och frigöra ännu fler
neutroner som i sin tur kan
klyva varsin atomkärna.

33. Atombomb
• När en atombomb sprängs så sker en kedjereaktion så att
miljarders miljarder atomkärnor klyvs på mindre än en
sekund.
• Mycket stora mängder energi frigörs i en atombomb.
• USA släppte 1945 två atombomber i de japanska städerna
Hiroshima och Nagasaki.
• Över 100 000 personer dog.
• Den joniserande strålningen gjorde även att många fick
cancer eller missbildade barn.

34. Kärnkraft
• Ungefär hälften av den elenergi vi använder i
Sverige kommer från kärnkraftverk.
• Sverige har haft kärnkraftverk sedan 1954.
• I Sverige har vi beslutat att vi ska avveckla
kärnkraften.

35. Så fungerar kärnkraft
• I ett kärnkraftverk
omvandlas kärnenergi till
elektrisk energi.
• Energi från kärnklyvning
värmer vatten.
• Vattnet omvandlas till
ånga.
• Ångan driver en turbin.
• Turbinen driver en
generator som omvandlar
rörelseenergi till elektrisk
energi.

36. Radioaktivt avfall
• Använt kärnbränsle (rester från kärnkraftverk) är
också radioaktiv.
• Det använda kärnbränslet måste förvaras i
bergrum i jorden i hundra tusen år.
• Bilden visar behållare med radioaktivt avfall.

37. Kärnkraftsolyckor
• Vid kärnkraftsolyckor så sker en okontrollerad
kedjereaktion. Det leder till explosioner och
att radioaktiva ämnen sprids i området
utanför kärnkraftverket.
• Kärnkraftsolyckor:
– Three Mile Island i USA, 1979
– Tjernobyl i Sovjetunionen, 1986
– Fukushima i Japan, 2011

38. Mäta radioaktivitet
• Radioaktivitet mäts med en
dosimeter.
• Alla som arbetar med radioaktiva
ämnen i Sverige har en dosimeter
fastsatt på kläderna för att vara säkra
på att de inte utsätts för så mycket
strålning så att de får skador.
• Mannen på bilden har en liten
dosimeter fastsatt i bröstfickan.