Vadītāji elektriskajā laukā un uzlādēta vadītāja elektriskais lauks. Dielektriķi elektriskajā laukā. Prezentācija Jelgavas Vakara (maiņu) vidusskolas (jvmv,lv) 11. klases skolēniem.
Vadītāji elektriskajā laukā un uzlādēta vadītāja elektriskais lauks. Dielektriķi elektriskajā laukā. Prezentācija Jelgavas Vakara (maiņu) vidusskolas (jvmv,lv) 11. klases skolēniem.
Erasmus+ projekts „ Priekšlaicīgas mācību pārtraukšanas riska mazināšana Jelgavas Vakara (maiņu) vidusskolā”, identifikācijas Nr. 2016-1-LV01-KA101-022465
2. Sasniedzamie rezultāti
• Izskaidro atoma kodola īpašības, izmantojot protonu–
neitronu modeli.
• Apraksta atoma un atoma kodola starojuma rašanos.
• Izmantojot funkcionālās sakarības, aprēķina starojuma viļņa
garumu un frekvenci.
• Skaidro radioaktīvo izotopu sabrukšanu, lietojot
pussabrukšanas perioda jēdzienu.
• Zina α, β un γ starojuma reģistrācijas un novērošanas
metodes.
3. Siltumstarojums
• Visi ķermeņi, kuru temperatūra ir virs absolūtās
nulles (-273 o
C), izstaro elektromagnētiskā
starojuma kvantus (fotonus), izmantojot iekšējo
enerģiju
– zemā temperatūrā – infrasarkano staru diapazonā
– vairāku simtu o
C temperatūrā – arī redzamā gaisma
– augstākā temperatūrā – arī UV starojums
• Nemainīga temperatūra (termodinamiskais
līdzsvars) – izstarošana un absorbcija ir līdzsvarā
4. Stefana – Bolcmana likums
• Siltumstarojuma jauda P, kuru izstaro ķermeņa
virsma, ir tieši proporcionāla absolūtās
temperatūras T ceturtajai pakāpei un ķermeņa
virsmas laukumam S
P = σ ε T4
S
σ (sigma) – Stefana-Bolcmana konstante σ=5,67∙10-8
W/(m2
∙K4
)
ε (epsilon) – emisijas koeficients
Absolūti melnam ķermenim ε=1, ūdenim ε=0,92
5. Siltumstarojuma spektrs
• Sakarsētu ķermeņu siltumstarojuma spektrs ir
nepārtraukts
• Nepārtrauktā spektrā katrai ķermeņa temperatūrai
atbilst viļņa garums λ, kur starojumam vislielākais
jaudas blīvums I.
6. Luminiscentais starojums
• Starojumu, kuru rada ķermeņi, ja atomi ierosināti
bez karsēšanas, sauc par luminiscento starojumu
• Vielas spīd kādu laiku pēc atomu ierosināšanas
– fluorescence – pēcspīdēšanas ilgums sekundes daļas
– fosforescence - pēcspīdēšanas ilgums vairākas minūtes,
stundas
http://giphy.com/search/fluorescence http://giphy.com/search/phosphorescent
7. Rentgenstarojums jeb X-starojums
• EMV ar viļņu garumu 10-9
līdz 10-14
m
• Dabiskie avoti – Saule un citas zvaigznes
• Medicīnā un tehnikā iegūst ar rentgenlampām
http://giphy.com/search/xray
8. Rentgenstarojuma kvanta enerģija
• Rentgenstarojuma kvanta maksimālā enerģija Wmax
atkarīga no lampai pieslēgtā sprieguma U:
m – elektrona masa
v – elektrona ātrums pie katoda
e – elektrona lādiņš
mv2
2
= eU
9. Rentgenstarojuma kvanta enerģija
• Rentgenstarojumam ir maksimālā enerģija Wmax, ja
visa kinētiskā enerģija pārvēršas kvanta enerģijā,
tāpēc
hc
λ
= eU h – Planka konstante
c- gaismas ātrums
λ – viļņa garums
10. Rentgenstarojuma viļņa garums
• Īsākais rentgenstarojuma viļņa garums
hc
eU
λ =
λ – viļņa garums
h – Planka konstante
c- gaismas ātrums
e – elektrona lādiņš
U - spriegums
11. Kodola sastāvs
• Atoma kodols sastāv no daļiņām – nukloniem
–protons
• lādiņš – viena elementārā lādiņa vienība (q = 1e)
• pieraksts: p (apakšējais skaitlis – lādiņš e
vienībās, augšējais – masa u vienībās)
–neitrons
• bez lādiņa
• pieraksts: n (apakšējais skaitlis – nav lādiņa,
augšējais – masa u vienībās)
1
1
1
0
12. Ķīmisko elementu pieraksts
• Katru ķīmisko elementu apzīmē ar simbolu
• Ar tādu pašu simbolu apzīmē kodolu, pierakstot
apzīmējumam divus skaitļus:
–Z – protonu skaits
–A – nuklonu skaits (A=Z+N jeb
nuklonu skaits = protonu + neitronu
skaits)
X He U
A
Z
4
2
238
92
13. Izotopi
• Izotopi - viena un tā paša ķīmiskā elementa atomu
kodoli, kas atšķiras ar neitronu skaitu N kodolā:
H H H
ūdeņradis deitērijs tritijs
99,985% 0,015% iegūst mākslīgi n
1
1
2
1
3
1
14. Spēki atoma kodolā
• Starp nukloniem (protoni un neitroni) darbojas
• gravitācijas pievilkšanās spēki (ļoti mazi),
• kodolspēki
• Starp protoniem darbojas Kulona atgrūšanās spēki
• Kodolspēks ir stiprās mijiedarbības spēks, kas
• darbojas starp visām kodola daļiņām
• darbības rādiuss kodola lielumā
• katra daļiņa miejiedarbojas ar noteiktu skaitu
nuklonu
15. Kodolu saites enerģija
• Kodolu saites enerģija ir vienāda ar darbu, kas
jāpadara, lai atoma kodolu sadalītu pa atsevišķiem
nukloniem, nepiešķirot tiem kinētisko enerģiju
• Saites enerģiju aprēķina pēc Einšteina formulas:
W = mc2
• Masas defekts: kodola masa ir mazāka nekā
protonu un neitronu miera masa (daļa matērijas no
vielas formas pārvēršas lauka formā)
Δm = Z∙mp + N ∙ mn - mk
16. Saites enerģijas noteikšana
Noteikt saites enerģiju litija atoma kodolam Li!
1) no tabulas: litija kodola masa m = 7,01435 u
2) protonu skaits Z=3 (1 prot. masa u vienībās 1,0073)
3) neitronu skaits N=7-3=4 (1 neitr. masa u vienībās 1,0087)
4) masas defekts
Δm = 3∙1,0073 + 4∙1,0087 - 7,01435 = 0,04235 u
1u = 1,7∙10-27
kg
Δm = 1,7∙10-27
∙ 0,04235 = 7,1995∙10-29
kg
5) Saites enerģija
W = mc2
= 7,1995∙10-29
∙ (3 ∙108
)2
= 6,48∙10-12
J
7
3
17. Kodola stabilitāte
• Lai raksturotu kodola stabilitāti, salīdzina kodolu
īpatnējo saites enerģiju w (saites enerģija uz vienu
nuklonu)
• w =
• Piemēram, Li w=
W
Z+N
6,48∙10-12
3+4
= 9,3 ∙10-12
J/nuklonu
Jo lielāka īpatnējā saites enerģija, jo kodols
stabilāks
18. Kodola stabilitāte
• Kodolfizikā saites enerģiju bieži
izsaka megaelektronvoltos (MeV)
• Litija kodola saites enerģija ir
W=39,6 MeV, īpatnējā saites
enerģija w=5,65 MeV/nuklonu
• Grafikā parādīta īpatnējās saites
enerģijas atkarība no nuklonu
skaita
• Stabilāki kodoli, kas satur 50-60
nuklonu
19. Radioaktivitāte
• Radioaktivitāte ir parādība, ka nestabili kodoli bez
ārējas iedarbības “sabrūk”.
• Biežākie sabrukšanas veidi:
• α sabrukšana (izdalās He kodoli)
Th Ra + He
• β sabrukšana
• β mīnus – kodols izstaro elektronu e
• β plus – kodols izstaro pozitronu (elektrona
antidaļiņu) e
228
90
224
88
4
2
0
-1
0
1
21. Radioaktīvo vielu sabrukšanas likums
• Katram radioaktīvajam izotopam ir noteikts
pussabrukšanas periods T – laiks, kurā sabrūk puse
no šī laika sākumā esošiem kodoliem
• Urānam U238
4,5∙109
gadi (4 500 000 000 gadi)
• Rādijam Ra226
1617 gadi
• Rādijam Ra222
3,8 diennaktis
• Ogleklim C14
20,4 minūtes
• Polonijam Po212
3∙10-7
sekundes
22. Radioaktīvo vielu sabrukšanas likums
• Nesabrukušo kodolu skaitu var aprēķināt pēc
sakarības
• N – nesabrukušo kodolu skaits
• N0 – radioaktīvās vielas kodoli sākumā
• T – pussabrukšanas periods
• t - laiks
24. Starojuma doza
• Absorbētā doza Da – enerģija, ko ķermeņa masas
vienība saņēmusi apstarošanas rezultātā
• SI mērvienība – grejs Gy: katrs ķermeņa masas kg
saņēmis 1 J jonizējošā starojuma (3-4 greji/mēnesī
nogalina 50% cilvēku)
• Ekvivalentā doza De – ņem vērā starojuma veidu
(bīstamību). De = wr Da (wr – bīstamības koeficients)
• mērvienība – zīverts Sv (4 Sv – staru slimība, mirst
60%)
• wr neitroniem ir 5-10, α starojumam līdz 20
25. Starojuma doza
• Rentgens R – noteikta kvantu plūsmas intensitāte
• 1 Sv = 100 R
• Dabiskais radioaktīvais fons
– Latvijā 0,2 Sv/h, ne vairāk kā 2 mSv gadāϻ
• Papildus gada laikā var uzņemt 1 mSv
27. Radioaktīvo izotopu izmantošana
• Medicīna (diagnostika, ārstēšana)
• Enerģijas iegūšana (kodolbaterijas, AES)
• Iežu un fosīliju vecuma noteikšana
• Defektoskopija (detaļu bojājumu noteikšana)
• Bruņošanās
https://answersingenesis.org/geology/carbon-
14/doesnt-carbon-14-dating-disprove-the-bible/
28. Sasniedzamie rezultāti
• Izskaidro atoma kodola īpašības, izmantojot protonu–
neitronu modeli.
• Apraksta atoma un atoma kodola starojuma rašanos.
• Izmantojot funkcionālās sakarības, aprēķina starojuma viļņa
garumu un frekvenci.
• Skaidro radioaktīvo izotopu sabrukšanu, lietojot
pussabrukšanas perioda jēdzienu.
• Zina α, β un γ starojuma reģistrācijas un novērošanas
metodes.
29. Papildus informācijas avoti:
• http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_12/default.aspx@tabid=3&id=450.html
• https://www.fizmix.lv/fiztemas/atoms-un-atoma-kodols-10/dazada-veida-starojumi
• http://www.uzdevumi.lv/p/fizika/12-klase/atoms-un-atoma-kodols-3335
• Атомная физика https://interneturok.ru/physics/11-klass
Materiāli krievu valodā:
Palielinoties ķermeņa absolūtajai temperatūrai, līknes maksimums pavirzās uz īsāko viļņu pusi.
Luminiscentais starojums nepakļaujas Stefana-Bolcmana likumam. Katrai luminiscējošajai vielai ir savs luminiscentās gaismas spektrs, pēc kura var noskaidrot luminiscējošās vielas klātbūtni vielu maisījumā. To izmanto luminiscetnajās analīzēs – piemēram, mākslas objektu vecums, vērstspapīru, dokumnentu viltojumu noteikšanā.
Rentgenstarojumam raksturīga caurspiešanās caur vielām. Rentgenstaru absorbcija atkarīga no ķīmiskā elementa atomnumura – jo lielāks atomnumurs, jo lielāka spēja absorbēt. Mīkstie audi caurspīdīgāki rentgenstarojumam nekā cietie. Izmanto medicīnā, defektoskopijā, kontrolējot izstrādājumu kvalitāti. Starojums bīstams dzīvībai un veselībai.
Elektrona kinētiskā enerģija mv2/2 ir atkarīga no anodsprieguma
Izteikts no formulas iepriekšējā slaidā
elementārlādiņš, protona un neitrona masa – formulu lapas otrā pusē
Protonu skaits Z – elementa kārtas numurs periodiskajā sistēmā;
Nuklonu skaits A – atommasa (periodiskajā tabulā – izotopu vidējā masa)
Neitronu skaitu aprēķina, no nuklonu skaita A atņemot protonu skaitu)
Z – protonu skaits, N – neitronu skaits, mp – protona masa u vienībās, mn – neitrona masa u vienībās, mk – kodola masa
1,0073 – protona masa u vienībās
1,0087 – neitrona masa u vienībās
W – kodola saites enerģija, Z – protonu skaits kodolā, N – neitronu skaits kodolā, A – kopējais nuklonu skaits kodolā
Kodolreakcijās rodas masas defekts un izdalās enerģija, piemēram, alfa daļiņu kinētiskā enerģija
Tādu pašu sakarību var uzrakstīt masai (N vietā m-nesabrukusī masa, No vietā mo – masa sākumā)
Jonizācija var izjaukt šūnu uzbūvi, izraisīt slimības un ģenētiskus bojājumus
Plaušu rentgena izmeklējums papildus dod 0,06–0,1 mSv, plaušu datortomogrāfija – 8 mSv, vēdera dobuma datortomogrāfija – 10 mSv. Cilvēkiem, kuri strādā saskarē ar jonizējošā starojuma avotiem, 20 mSv gadā.