Jyväskylän Normaalikoulun lukio Nanokurssi Kevät 2007

Koko: px
Aloita esitys sivulta:

Download "Jyväskylän Normaalikoulun lukio Nanokurssi Kevät 2007"

Transkriptio

1 Jyväskylän Normaalikoulun lukio Nanokurssi Kevät 2007 Vesa kolhinen Riku Järvinen Juho Korhonen

2 2

3 Sisältö I Teoriaa 7 1 Aineen rakenne ja sähkönjohtavuus Atomimallin historiaa Jaksollinen järjestelmä Sidokset Sähkönjohtavuus nanotieteissä Energiavyömalli N- ja P-tyypin puolijohteet Biologian nanorakenteet Biologiset molekyylit nanokoneissa Nanometrologia Nanotieteiden mikroskopiat Nanomateriaalit ja niiden valmistus Nanomateriaalien valmistuksesta Litografia Valo aalto ja hiukkanen Valon aalto-hiukkasdualismi De Broglien aallot Valosähköinen ilmiö* Atomin viivaspektri ja energiatasot Vetyatomin energiatasot* SOVELLUS: Laser Kvanttimekaaninen tunneloitumisilmiö Tunneloitumisen teoria lyhyesti SOVELLUS: Tunnelointimikroskopia SOVELLUS: Tunneliliitos

4 4 SISÄLTÖ 7 Suprajohtavuus Alkupaloja Suprajohdetyypit Kvanttifysiikkaa ja hiukkasfysiikkaa* Hiukkasfysiikan standardimalli* Kvanttimekaniikan formulointia** Heisenbergin epätarkkuusperiaate* II Työohjeet 61 9 Palkkianturivaaka Johdantoa ja teoriaa Työn suoritus Venyvä diffraktiohila Diffraktiokuvion synty Venyvä hila Diffraktiokuvion muutos Työn suoritus Tulokset Atomivoimamikroskooppi Laitteisto Työn kulku

5 SISÄLTÖ 5 Ensimmäisen painoksen esipuhe Tämä luentomoniste on tarkoitettu Jyväskylän Normaalikoulussa keväällä 2007 järjestettävän nanofysiikan lukiokurssin materiaaliksi. Kurssi järjestetään nyt ensimmäisen kerran pilottikurssina, jonka laajuus on 18 oppituntia. Luentojen ja didaktisen keskustelun tarkoituksena on avartaa lukiolaisten tietämystä tulevaisuuden kenties merkittävämmästä tieteen- ja teknologian alasta eli nanotieteestä ja sen valjastamisesta ihmisen palvelukseen. Nanotieteestä puhuttaessa tarkoitetaan yleisesti poikkitieteellistä kokonaisuutta, jossa yhdistyvät kemia, biologia ja fysiikka (sekä sovelluksissa lääketiede). Tässä monisteessa erityisesti painotettu fysiikan näkökulmaa, sillä kurssin luennoitsijat ovat kaikki fyysikoita ja kurssi toteutetaan nanofysiikan nimellä. Tulevina vuosina projektia voidaan laajentaa integroimalla mukaan biologian ja kemian luentokokonaisuuksia. Kirjassamme on paljon lisämateriaalia asiasta kiinostuneille; muutamaa osiota on merkitty symboleilla (*) tai (**). Tämä tarkoittaa, että kyseistä asiaa ei käsitellä luentojen aikana. Inspiroivia lukuhetkiä, Kirjoittajat

6 6 SISÄLTÖ

7 Osa I Teoriaa 7

8

9 Luku 1 Aineen rakenne ja sähkönjohtavuus 1.1 Atomimallin historiaa Ihmisen käsitys olevasta ja maailman rakennehiukkasista on vaihdellut dramaattisesti antiikin ajoista lähtien. Luonnollisesti ihmiset ovat peilanneet havaintojaan omiin kulttuuri- ja kokemustaustoihinsa, jotka tavanomaisesti muodostuvat kasvatuksen ja opiskelun kautta. Tässä tehdään pieni katsaus siihen, kuinka ihminen on eri aikoina atomin rakenteesta ajatellut ([21], [22]). 1. Antiikki: neljä luonnon peruselementtiä (maa, tuli, ilma ja vesi). 2. Daltonin malli (1805): eri alkuaineilla eri massa pieniä jakamattomia palloja ei sisäistä rakennetta. 3. Thomsonin malli (1904) sähkömagnetismi rusinapulla malli. 4. Ernest Rutherford (sirontakoe, muutama vuosi Thomsonin mallin jälkeen) pieni ydin, jossa suurin osa massasta ongelmia elektronien liikkeestä (elektronin menettää energiaa nopeasti säteilynä ja teorian mukaan putoaa ytimeen). 9

10 10 LUKU 1. AINEEN RAKENNE JA SÄHKÖNJOHTAVUUS 5. Niels Bohr (1913) elektronikuoret ytimen rakenne edelleen arvoitus. 6. Kvanttimekaaninen malli ilmiöt hyvin erilaisia kuin makroskooppisessa maailmassa. Riittävän tarkka malli tätä kurssia varten on Bohrin atomimalli. Se on esitetty kuvassa 1.1. Atomilla on ydin ja järjestysluvun mukainen määrä elektroneja, sillä atomi on ulospäin sähköisesti neutraali. Atomia kiertävät elektronit ovat tietyillä (vakio)etäisyyksillä atomin ytimestä [1]. Nämä etäisyydet vastaavat tiettyjä energiatiloja, joilla elektronit ovat (ks. osio 5.4. Mitä lähempänä ydintä elektroni on, sitä enemmän tarvitaan energiaa sen vetämiseen pois atomin läheisyydestä. Kuva 1.1: Bohrin atomimallin konstruktio[39].

11 1.1. ATOMIMALLIN HISTORIAA Jaksollinen järjestelmä Ensimmäisenä toisistaan riippumatta alkuaineita ryhmittelivät venäläinen Dmitri Mendelejev ja saksalainen Lothar Mayer vuosina 1869 ja 1870[23]. He järjestelivät tunnetut alkuaineet atomipainon mukaiseen järjestykseen siten, että samanlaiset ominaisuudet olivat allekkain. Nykyään alkuaineet on ryhmitelty niiden elektronikuorirakenteen ja järjestysluvun mukaan jaksolliseen järjestelmään; järjestelmä on jaettu 18 ryhmään ja 7 jaksoon. Saman ryhmän alkuaineilla on saman verran ulkoelektroneja (ns. valenssielektroneja) ja näin ollen ne useimmissa tapauksissa muistuttavat ominaisuuksiltaan 1 toisiaan. Esimerkiksi jalokaasut (ryhmä 18) eivät reagoi minkään aineen kanssa, koska niiden uloin elektronikuori on täysi. Kuva 1.2: Alkuaineiden jaksollinen järjestelmä[28]. 1 Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet.

12 12 LUKU 1. AINEEN RAKENNE JA SÄHKÖNJOHTAVUUS 1.2 Sidokset Sidoksista käsitellään neljä eri tyyppiä: Kovalenttinen sidos, Ionisidos, Van der Waals -sidos Vetysidos. Sidoksia analysoitaessa nousee esille termi elektronegatiivisuus, joka kuvaa alkuaineen kykyä vetää ylimääräisiä elektroneja puoleensa. Ryhmän 7 alkuaineet ovat erittäin elektronegatiivisia; ryhmien 1 ja 2 alkuaineet eivät. Kovalenttinen sidos Kaksi tai useampia, suunnilleen yhtä elektronegatiivisia atomeja luovuttavat elektroneja yhteisiksi saaden uloimman kuoren täyteen (oktetti; ks. kuva 1.3). Koko orgaaninen kemia perustuu hiilen kovalenttisiin sidoksiin mm. vedyn, hapen, typen ja toisten hiiliatomien kanssa. Kovalenttinen sidos on vahva. Jos molemmat atomit luovuttavat kaksi elektronia, syntyy kaksoissidos tai kolmen elektronin tapauksessa kolmoissidos ( esim. 0 = 0 tai N N). Ionisidos Hyvin elektronegatiivinen atomi vie elektronin vähemmän elektronegatiiviselta siten, että molemmat saavat uloimman kuorensa täyteen. Hyvä esimerkki on pari Na Cl, missä kloori riistää uloimman elektronin natriumilta (kuva 1.4). Klooriatomi saa negatiivisen varauksen ja natrium positiivisen, ja atomien välisen sidoksen muodostaa sähköinen vetovoima. Ionisidos on heikko sidos; esimerkiksi vesi pystyy hajottamaan ionisidoksen. Van der Waals sidos Elektronien liikkeestä johtuen molekyylillä on jossakin vaiheessa dipolimomentti 2. Tällöin se vetää puoleensa toisen molekyylin positiivista päätä ja sidos syntyy (kuva 1.5). Van der Waals -sidos on heikko sidos. 2 Molekyylin toisessa päässä on enemmän miinus-varausta kuin plussaa.

13 1.2. SIDOKSET 13 Vetysidos Vedyn elektronegatiivisuusarvo on pieni, joten sillä on molekyylissä pysyvä positiivinen osittaisvaraus. Esimerkiksi vesimolekyylissä vety on sitoutunut happeen, joka puolestaan on hyvin elektronegatiivinen atomi 3. Positiivinen vety vetää puoleensa toisen molekyylin negatiivisia happiatomeja (kuva 1.6). Tällä on hyvin suuri merkitys veden sulamis- ja kiehumispisteisiin. Ilman vetysidosta veden sulamispiste olisi noin 100 C ja kiehumispiste noin 90 C. Vetysidos ei ole varsinaisesti sidos, mutta välttämätön elämän kannalta. Kuva 1.3: Kovalenttinen sidos[30]. Kuva 1.4: Ionisidos[31]. Kuva 1.5: Van der Waals sidos[32]. Kuva 1.6: Vetysidos jäälle[29]. 3 Hapella on pysyvä negatiivinen osittaisvaraus.

14 14 LUKU 1. AINEEN RAKENNE JA SÄHKÖNJOHTAVUUS 1.3 Sähkönjohtavuus nanotieteissä Energiavyömalli Esittelemme elektronien energiavyömallin, jonka avulla on helppoa ymmärtää kiinteän aineen ominaisuuksista esimerkiksi sähkönjohtavuutta. Oletetaan, että meillä on alussa hyvin suuri määrä identtisiä atomeja kaukana toisistaan siten, että ne eivät vuorovaikuta keskenään. Kuorimallin mukaan elektronit ovat asettuneet orbitaaleille eli elektronikuorille kunkin ytimen ympäristöön. Kuvitellaan, että alamme työntää atomeja yhä lähemmäs toisiaan. Jossakin vaiheessa ne ovat sellaisen etäisyyden päässä, että kuorten uloimmat elektronit (valenssielektronit) havaitsevat toisten atomien uloimpia elektroneja. Kun atomeja työnnetään yhä lähemmäs, kaikki uloimmat elektronit eivät enää sovi samalle etäisyydelle ytimestä vaan jotkut joutuvat kauemmas ja jotkut lähemmäs ytimiä. Näin energiatila leviää ja syntyy energiavyö[1] (kuva 1.7). Kahden energiavyön välissä on energia-aukko, jossa ei ole elektroneja. Vastaava tilanne on Bohrin atomimallin kahden elektronikuoren välisessä alueessa. Kuva 1.7: Energiavyön muodostuminen[15]. Se, kuinka korkeilla energiatasoilla elektroneja on, riippuu aineesta. Suurinta elektronien energiaa kutsutaan Fermin energiaksi E F. Mikäli Fermin energia on energiavyön sisällä, on vyö vajaa ja elektronit pääsevät liikkumaan aineessa (kuva 1.8(a)). Tällöin kyseinen aine on johde. Jos taas Fermin energia on vöiden välissä olevassa energia-aukossa, on ylin elektroneja sisältävä vyö täysi, eivätkä ne pääse liikkumaan (kuva 1.8(b)). Tällainen aine on eriste. Tietyissä aineissa ylimmän täyden vyön ja alimman tyhjän vyön välissä oleva energia-aukko on niin pieni, että elektroneja voi siirtyä johta-

15 1.3. SÄHKÖNJOHTAVUUS NANOTIETEISSÄ 15 vuusvyöhön esimerkiksi lämpöliikkeen energian avulla. Hyvin kylmässä lämpötilassa nämä aineet ovat eristeitä, mutta korkeammissa lämpötiloissa johteitä. Tällaisia aineita sanotaan puolijohteiksi (kuva 1.8(c)). Ne ovat tärkeimpiä materiaaleja teknologian kannalta. Kuva 1.8: Energiavyöt eristeelle, johteelle ja puolijohteelle[15] N- ja P-tyypin puolijohteet Puolijohteet saadaan johtamaan paremmin sähköä, kun niihin sekoitetaan pieniä määriä epäpuhtauksia eli suoritetaan douppaus. Menetelmällä saadaan johtavuusvyölle 4 muutamia elektroneja ja lopputuloksena kahdenlaisia puolijohteita. N-tyypin puolijohde Puhdas pii ja hiili ovat eristeitä, sillä molemmilla aineilla on uloimmalla elektronikuorella neljä elektronia, jotka ovat kaikki kiinni atomien välisissä sidoksissa. Laittamalla sekaan fosfori- tai arseeniatomeja (joilla on viisi elektronia uloimmalla kuorella) saadaan aineeseen ylimääräisiä elektroneja. Konstruktiota sanotaan N-tyypin puolijohteeksi 5 (kuva 1.9). Puolijohteissa voidaan käyttää myös esimerkiksi booria tai galliumia. Näillä on kolme elektronia valenssikuorella, jolloin puolijohteeseen jää aukkoja niille paikoille, missä puhtaassa aineessa olisi elektroneja. Tällöin auk- 4 Ylempi vyö, ks. kuva 1.8(c). 5 N tarkoittaa negatiivista varauksenkuljettajaa eli elektronia.

16 16 LUKU 1. AINEEN RAKENNE JA SÄHKÖNJOHTAVUUS ko pääsee liikkumaan ja näennäisesti kuljettamaan varausta; näin toimiii P-tyypin puolijohde 6 (kuva 1.10). Kuva 1.9: N-tyypin puolijohde[33], seostettu arseenilla. Kuva 1.10: P-tyypin puolijohde[33], seostettu galliumilla. 6 P tarkoittaa positiivista varauksenkuljettajaa.

17 1.3. SÄHKÖNJOHTAVUUS NANOTIETEISSÄ 17 SOVELLUS: diodin toiminta Yksinkertaisimmillaan diodi koostuu p- ja n-tyypin puolijohteista, jotka on liitetty yhteen[38]. Liitoksen rajapinnassa tapahtuu (diffuusio-ilmiön seurauksena) varauksenkuljettajien rekombinoitumista[38]. Tämä tarkoittaa, että n-puolen elektronit ajautuvat p-puolelle ja putoilevat sen aukkoihin. Kun tällaisen liitoksen yli asetetaan jännite, kokevat puolijohteiden varauksenkuljettajat Coulombin voiman missä F = 1 4πε 0 qq r 2 ˆr, ε 0 8, Fm 1 on tyhjiön permittiivisyysvakio q = testivaraus eli kenttävarauspiste Q = lähdevarauspiste ˆr = sähkökentän suuntavektori. Voiman vaikutuksesta varauksenkuljettajat lähtevät liikkeelle; virran kulkusuunta on verrannollinen jännitteen suuntaan. Jännite estosuuntaan Jos pn-liitoksen yli asetetaan jännite suuntaan n p, kokevat elektronit n-puolella voiman oikealle (kuva 1.11). Tällöin varauksenkuljettajat eivät liiku rajapinnan yli eikä virta kulje. Kun pn-liitoksen yli asetetaan jännite V suun- Jännite myötäsuuntaan taan p n, kokevat aukot p-puolella voiman oikealle (kuva 1.12). Liitoksen rajapintaan keräytyy ylimäärä positiivista varausta, jolloin myös elektronit n-puolella kokevat voiman rajapintaa kohti. Tällöin varauksenkuljettajat siirtyvät rajapinnan yli ja virta kulkee.

18 18 LUKU 1. AINEEN RAKENNE JA SÄHKÖNJOHTAVUUS Kuva 1.11: Jännite estosuuntaan[15]. Kuva 1.12: Jännite myötäsuuntaan[15].

19 Luku 2 Biologian nanorakenteet Biologiset rakenteet ovat hyvin monimutkaisia atomitasolta tarkasteltuna. Kemianteollisuudessa on tavallista, että makroskooppisissa rakenteissa (polymeereissä) toistuu sama pienempi rakenne hyvin monta kertaa[5] (monomeeri). Esimerkiksi PVC-materiaaleja muodostetaan tällä tavoin (ks. kuvat 2.1 ja 2.2). Kuva 2.1: Monomeerien yhdistäminen[34]. Biologiassa makromolekyylit (eli biologiset polymeerit) ovat poikkeuksena tähän[5]. Proteiinit, jotka ovat yksinkertaisimpia makromolekyylejä, koostuvat kahdestakymmenestä erilaisesta aminohaposta. Proteiinin ominaisuudet määräytyvät sekä aminohappojen lajeista että niiden järjestyksestä ketjussa. Proteiini painuu luonnostaan sykkyrälle (kuva 2.3), jolloin Van der Waals ja vetysidoksia pääsee muodostumaan ei-vierekkäisten aminohappojen välille. Proteiinit osallistuvat solun toimintaan hyvin monella tavalla 1. Suhteellisen yksinkertainen rakenne ja erinomainen muuntautumiskyky ovat 1 Mm. aineenvaihdunta ja solujen rakennus. 19

20 20 LUKU 2. BIOLOGIAN NANORAKENTEET Kuva 2.2: Polymeerien yhdistäminen[34]. tehneet tästä makromolekyylistä hyvin monipuolisen. Tulevaisuudessa on kenties mahdollista rakentaa mittatilausproteiineja ja käyttää niitä nanokoneiden osina, kuten solu nyt jo tekee[5]. Kuva 2.3: Mallikuva proteiinista[35]. 2.1 Biologiset molekyylit nanokoneissa Biologisia molekyylejä voidaan käyttää malleina nanokoneita valmistettaessa tai sellaisenaan rakennuspalikoina; esimerkiksi voidaan ottaa alun perin meduusoista löydetty, valoon reagoiva proteiini[5]. Se absorboi valoa ja samalla virittyy uudenlaiseen tilaan. Valo-proteiinille on povattu käyttöä esimerkiksi valon muuntamisessa sähköksi.

21 2.1. BIOLOGISET MOLEKYYLIT NANOKONEISSA 21 Proteiineilla voidaan saada aikaan myös liikettä. Kaksi proteiinia vaikuttavat toisiinsa tavalla, joka saa toisen ikään kuin kiskomaan toista eteenpäin. Ominaisuutta voidaan soveltaa toimivan nanomittakaavan kuljetusjärjestelmän rakentamisessa[5]. DNA:lle on kehitelty monenlaista käyttöä nanoteknologian alalla. Näitä ovat esimerkiksi liimat optiset sovellukset monistimet DNA-tietokoneet. Monillakaan näistä ei vielä ole käytännön merkitystä, mutta ne toimivat suuntaviittoina tulevaisuutta varten. Biologiset kalvot koostuvat vierekkäin asettuneista molekyyleistä, joissa toinen pää pyrkii kontaktiin vesimolekyylien kanssa ja toinen taas on vesipakoinen. Lääkeaineita voidaan jo nyt sulkea tällaisten kalvojen sisälle ja siten estää liukenemasta veteen liian aikaisin. Nanoteknologiassa niitä voidaan käyttää (ja on jo käytetty) päällysteenä nanohiukkasille, jotta niiden ominaisuudet veden tai biologisten molekyylien kanssa saadaan sellaisiksi kuin halutaan[5]. Myös virukset ovat jo toimivia nanokoneita. Niidenkin käyttöä nanoteknologiassa on tutkittu paljon. Erityisen kiinnostavaa on ollut virusten kyky kuljettaa aineita solujen sisälle. Myös virusten mekaaniset ominaisuudet kiinnostavat, mutta niistä tiedetään vielä hyvin vähän. Ehkä suurimmat odotukset nanotieteelle on lastattu juuri lääketieteen alalta. Vaikka passiivisten nanopartikkelien käyttöä testataan jo, niin älykkäisiin nanohiukkasiin ja robotteihin on vielä matkaa.

22 22 LUKU 2. BIOLOGIAN NANORAKENTEET

23 Luku 3 Nanometrologia Nanometrologia on tiede, joka tutkii tapoja mitata nanomateriaalien kokoa, muotoa ja ominaisuuksia. Koon mittauksissa mittaustarkkuus on yleensä alle yhden nanometrin luokkaa. Lisäksi voidaan mitata mm. massaa, voimia sekä sähköisiä ominaisuuksia. Yleensä ongelmana on, että ilmiöiden pienen koon takia mittauksissa vaaditaan suurta tarkkuutta ja näin ollen ulkoisilla häiriötekijöillä 1 on suuri vaikutus mittaustuloksiin. 3.1 Nanotieteiden mikroskopiat Pääasiallisia nanotieteissä käytettyjä mittaustapoja ovat elektronimikroskopia ja erilaiset voimamikroskopiat. Elektronimikroskopioissa käytetään samanlaista tekniikkaa kuin valomikroskopiassa, mutta valon (fotonien) sijaan käytetään elektroneja. Tutkittavasta pinnasta heijastuva elektronisuihku kertoo pinnan rakenteesta. Voimamikroskopiat perustuvat mekaaniseen systeemiin, jossa pieni piikki liikkuu pitkin tutkittavaa pintaa, tai sen lähellä. Vuorovaikutukset pinnan kanssa liikuttavat neulaa ja kertovat pinnan rakenteesta. Elektronimikroskooppi saatiin ensimmäisen kerran rakennettua jo vuonna Se toimii samaan tapaan kuin valomikroskooppi, mutta valon sijaan käytetään elektronisuihkua, jota voidaan ohjailla magneettikentän avulla. Sopivan magneettikentän avulla elektronisuihku saadaan käyttäytymään samalla tavalla kuin valo linssissä. Tällaisen magneettisen linssin avulla elektronisuihku saadaan kohdistettua haluttuun paikkaan. Elektronimikroskoopin erotyskyky saadaan paremmaksi kuin valomikroskoo- 1 Kuten tärinä ja lämpötila. 23

24 24 LUKU 3. NANOMETROLOGIA pin, sillä elektronien de Broglien aallonpituus on sitä pienempi, mitä suurempi elektronien energia on (Ks. luku 5.2). Elektronimikroskoopit toimivat lähinnä kahdella periaatteella: Transmissio- eli läpivalaisuelektronimikroskopia (TEM) toimii kuten valomikroskopia, mutta valon sijasta käytetään elektroneja. Elektronisuihku läpäisee tutkittavan näytteen, jolloin saadaan tietoa sekä pinnasta että sisäosista. Näytteiden oltava ohuita (paksuus alle 100 nm). Pyyhkäisyelektronimikroskopiassa (SEM) (scanning electron microscopy, kuva 3.1) näytteeseen kohdistetaan elektronisuihku, joka siroaa sen pinnasta. Kuva muodostuu sironneista tai pinnalta irronneista elektroneista. Pyyhkäisyelektronimikroskoopin erotuskyky n. 1 nm. Osoitteesta magnify1/index.html löytyy mielenkiintoinen java-appletti, jossa voi itse kokeilla elektronimikroskooppia. Kuva 3.1: Pyyhäisyelektronimikroskoopin (SEM) kaaviokuva[25].

25 3.1. NANOTIETEIDEN MIKROSKOPIAT 25 Voimamikroskopiat ovat tärkeimpiä nanoteknologian mittausvälineitä. Niihin kuuluvat pyyhkäisytunnelointimikroskopia ja atomivoimamikroskopia kehitettiin 1980-luvun alussa ja puolivälissä. Atomivoimamikroskooppi (AFM) ja pyyhkäisytunnelointimikroskooppi (STM) toimivat samansuuntaisella periaatteella: mikroskooppi koostuu tukivarren päässä olevasta n. 1 nm levyisestä piikistä, joka liikkuu pitkin materiaalin pintaa. AFM:ssä (kuva 3.2) pinnan kohoumat rekisteröidään tukivarren taipumisena. Tukivarren liike mitataan siihen kohdistetun ja siitä heijastuneen lasersäteen avulla. Menetelmää voidaan käyttää materiaalien pintojen sekä molekyylien (myös biologisten) rakenteen tutkimiseen. Kuva 3.2: Atomivoimamikroskoopin toimintaperiaate[26]. Kuvia atomivoimamikroskoopista ja lisätietoa sen toimintaperiaatteesta löytyy esim. Michigan Tech:in www-sivuilta Pyyhkäisytunnelointimikroskoopin (STM) toimintaperiaate on samanlainen, mutta koetin ei kosketa aineen pintaa, vaan pinnan atomeista siirtyy elektroneja tyhjiön kautta koettimen kärkeen (ks. luku 6.2). Syntyvä sähkövirta voidaan mitata. Atomivoimamikroskopiaa voidaan käyttää myös voiman mittauksessa: koettimen kärkeen kiinnitetään molekyyli, joka lasketaan kiinni toiseen

26 26 LUKU 3. NANOMETROLOGIA molekyyliin/aineeseen. Molekyylisidoksen synnyttyä voidaan ne jälleen vetää erilleen ja mitata tarvittava voima. On olemassa myös erilaisia lähikenttäoptiikkaan perustuvia mikroskooppeja, joissa lähellä olevaa kohdetta valaistaan valon aallonpituutta pienemmän aukon tai metallikärjen läpi. Lähialueelle tuleva valo on suurelta osin fotonien tunneloitumisesta johtuvaa, ja se heikkenee nopeasti etäisyyden kasvaessa. Näin ollen lähellä oleva kohde saadaan kuvattua paremmalla resoluutiolla kuin valon aallonpituus, joka on normaalissa optiikassa tarkkuutta rajoittava tekijä. Atomivoimamikroskooppia voidaan käyttää myös palkkianturivärähtelijänä massan mittaamiseen. Kun mikroskoopin tukivarsi laitetaan värähtelemään, huomataan tietyillä taajuuksilla resonanssi-ilmiö. Jos tukivarteen lisätään massaa, värähtelytaajuus muuttuu massan mukaan. Mittaamalla muuttunut värähtelytaajuus voidaan siitä ja alkuperäisestä taajuudesta laskea massan lisäys. Tarvittaessa tukivarren pinta voidaan päällystää jollakin aineella, johon vain tietty materiaali tai tietyt molekyylit kiinnittyvät.

27 Luku 4 Nanomateriaalit ja niiden valmistus Nanotieteissä tutkitaan sekä erilaisia nanokokoisia koneita että nanomateriaaleja. Toistaiseksi suurin osa sovelluksista on tehty nimenomaan nanomateriaalien puolella. Nämä materiaalit perustuvat nanokokoisiin hiukkasiin, joita ovat nanopartikkelit ja nanoyhdistelmät (eli nanokomposiittimateriaalit). Nanopartikkeleita taas ovat mm. nanokiteet, metalli- ja metallioksidinanokiteet, fulleriinit, nanoputket, jne. Nanomateriaaleilla ja -partikkeleilla on uusia ja osin yllättäviäkin ominaisuuksia verrattuna saman materiaalin makroskooppisen kokoisiin rakenteisiin. Erot johtuvat nimenomaan nanopartikkelien koosta, joka mm. lisää partikkelien pinta-alaa ja vierekkäisten partikkelien mahdollisuutta vuorovaikuttaa toistensa kanssa (reaktiivisuus lisäntyy). Pieni koko saa aikaan myös sen, että kvantti-ilmiöt 1 tulevat yhä tärkeämmiksi. Suurelle yleisölle tunnetuin nanopartikkeli lienee buckminsterfulleriini C 60, 60:n hiiliatomin muodostama hiiliverkosta muodostuva jalkapallon näköinen pallo (kuva 4.1). Se onnistuttiin luomaan 1980-luvulla tehdyissä grafiitin höyrystymiskokeissa, ja teoreettisesti sen rakenne selitettiin vuonna Nimi buckminsterfulleriini tulee Richard Buckminster Fullerin Montrealin maailmannäyttelyyn vuonna 1967 rakentamasta kuvusta, joka muodostuu reunoistaan toisiinsa liitetyistä monikulmioista. Puhdas C 60 johtaa huonosti sähköä, mutta metallihöyryille altistamalla siihen saadaan kiinnittymään epäpuhtauksia, jotka tekevät siitä johteen. Matalissa lämpötiloissa tällainen epäpuhdas C 60 muuttuu suprajohteeksi (ks. 7). Käytännön elämässä buckminsterfullereenin sovelluksia ovat[36] 1 Mm. Heisenbergin epätarkkuusperiaate (8.3), energian (5.4) ja liikemäärän kvantittuminen. 2 Harold W. Kroto, James Heath, Sean O Brien, Robert F. Curl, Richard E. Smalley. 27

28 28 LUKU 4. NANOMATERIAALIT JA NIIDEN VALMISTUS mm. aurinkokennot voiteluaineet kemialliset katalyytit optiset kojeet Kuva 4.1: Buckminsterfullereeni[27]. lääketiede (esimerkiksi lääkeaineen kuljettaminen elimistössä oikeaan paikkaan). Toinen hiilestä saatava nanorakenne ovat hiilinanoputket. Ne muodostuvat toisiinsa reunoista liittyneistä hiilen muodostamista monikulmioista samoin kuin buckminsterfulleriinikin, mutta pallomaisen muodon sijaan ne muodostavat putkia (kuva 4.2). Putket ovat halkaisijaltaan noin nanometrin luokkaa ja pituudeltaan jopa muutamia mikrometrejä. Ne voivat muodostaa myös sisäkkäisiä, moninkertaisia putkirakenteita. Hiilinanoputkilla on monia käytännön sovellutuksia, sillä rakenne on hyvin kestävä: Ne ovat noin sata kertaa terästä lujempia, mutta vain kuudesosan teräksen painosta. Näin ollen niistä voidaan valmistaa hyvin kevyitä ja kestäviä köysiä tai vastaavia rakenteita. Niitä voidaan seostaa esimerkiksi hiilikuitujen sekaan lisäämään hiilikuiturakenteen kestävyyttä. Sellaisena nanoputkia on käytetty esim. urheiluvälineissä (jääkiekkomailat, sulkapallo- ja -tennismailat). Nanoputket johtavat myös hyvin lämpöä ja ovat sähkönjohteita, joten niitä voidaan käyttää esim. elektroniikkakomponenteissa pienentämässä komponenttien kokoa. Oikeanlaisella seostuksella 3 hiilinanoputkista saadaan suprajohteita. 3 Ks

29 4.1. NANOMATERIAALIEN VALMISTUKSESTA 29 Kuva 4.2: Hiilinanoputken perusrakenne[18]. Fulleriineja ja nanoputkia voidaan valmistaa myös muista aineista kuin hiilestä. Nanokomponenteilla tarkoitetaan mitä tahansa materiaalia, joka sisältää nanokokoa olevia lisäaineita tai niiden osia. Tällaisia ovat mm. erilaiset polymeereillä ympäröidyt silikaattipartikkelit tai magneettisen monikerroksiset nanopartikkelit[5]. Nanorakenteista voidaan valmistaa myös nanokokoisia koneita eli molekyylikoneita. Niissä molekyylit ovat liittyneet toisiinsa heikoin vetysidoksin 4, ja ne pystyvät vaihtamaan paikkaansa sopivasta ärsykkeestä. Tällaisia ärsykkeitä voivat olla esimerkiksi sähkömagneettinen kenttä tai valo, jotka saavat aikaan molekyyliin mekaanisen liikkeen. Luonnossa esiintyy paljon luonnon omia nanokoneita: esimerkiksi solut ovat hyvin monimutkaisia nanokokoluokan tehtaita, joissa tapahtuu paljon mekaanisia prosesseja. Myös proteiinit ja nukleiinihapot toimivat periaattessa kuten nanokoneet. Toistaiseksi nanotiede ei ole biologian puolella päässyt aivan yhtä hyvään vauhtiin kuin fysiikassa, mutta viime aikoina tutkimus on alkanut levittäytyä ja saavuttaa merkittäviä tuloksia. 4.1 Nanomateriaalien valmistuksesta Nanokomponentteja voidaan valmistaa periaatteessa kahdella erilaisella tavalla: top-down -menetelmä lähdetään liikkeelle suuremmasta kokonaisuudesta ja pienennetään sitä. 4 Ks. 1.2.

30 30 LUKU 4. NANOMATERIAALIT JA NIIDEN VALMISTUS bottom-up -menetelmä aloitetaan kokoamaan nanokomponenttia pienemmistä palasista, atomeista ja molekyyleistä. Suurin osa nykyään käytetyistä menetelmistä on top-down -menetelmiä. Esimerkiksi atomivoimamikroskopialla voidaan kasata nanokomponentteja myös bottom-up -menetelmällä (atomi kerrallaan). Valmistusmenetelmiä on erilaisia: Höyrystämällä Höyrystämällä: buckminsterfullereeneja ja hiilinanoputkia valmistetaan hiilestä höyrystämällä. Se voi tapahtua joko laserin tai valokaaren avulla. Ensimmäiset C_60 fullereenit valmistettiin höyrystämällä grafiittia lasersäteellä, mutta valokaaren avulla niitä saadaan valmistettua suuremmissa määrissä. Molemmissa tapauksissa grafiittia höyrystetään sopivan katalyytin läsnäollessa, ja syntyneet nanohiukkaset kuljetetaan kaasuvirtauksen avulla höyrystyskammion seinille, josta ne sitten kerätään. Saostamalla Esimerkiksi kullasta saadaan valmistettua nanokokoisia partikkeleita liuottamalla sitä kuningasveteen HCl + HNO 3, kuumentamalla syntyvää kultaklodiria ja lisäämällä sekaan pelkistävää yhdistettä (esim. sitruunahappoa), jolloin kulta kiteytyy pieniksi atomirypäiksi Litografia Pinnalle (lasi, pii, jne) siirretään etsaamalla haluttu kuvio, samoin kuin puolijohdetekniikassakin[5]. Materiaalin, johon kuvio halutaan piirtää, pinta käsitellään ensin esimerkiksi hapettamalla (esim. piipinta piioksidiksi). Sen päälle lingotaan n mikrometriä paksu kerros valoa läpäisemätöntä polymeeriä, joka on luonteeltaan sellaista että se liukenee joko UVvalon tai muun vastaavan käsittelyn vaikutuksesta. Sen jälkeen pinta valaistaan kromista valmistetun fotonaamion läpi niin, että kromin alla oleva kerros ei saa valokäsittelyä. Seuraavassa vaihessa ensin uhrikerros ja sen jälkeen hapetettu kerros liuotetaan pois, jolloin pinnalle jää oksidikerros fotonaamion alle jääneen uhrikerroksen alle. Lopuksi jäljellä oleva uhrikerros poistetaan. Aineita voi päällystää myös mm. höyrystämällä. Elektronisädelitografia Edellä litografiatekniikassa tarkkuutta rajoittaa UV-valon suuri aallonpituus. Sen sijaan voidaan käyttää elektronisädelitografiaa, jossa käytetään yleensä pyyhkäisy- tai läpivalaisuelektronimikroskoopin suihkua (erotyskyky n. 10 nm). Menetelmä on hidas, mutta sitä

31 4.1. NANOMATERIAALIEN VALMISTUKSESTA 31 Kuva 4.3: Litografia menetelmä[24].

32 32 LUKU 4. NANOMATERIAALIT JA NIIDEN VALMISTUS voi nopeuttaa käyttämällä elektronisädelitografian avulla voidaan valmistettua leimasinta, jolla polymeerikerrosta voi muokata tarvitsematta käyttää suihkua uudelleen. Kaksoisfotoniviritykseen perustuva litografia Kaksoisfotoniviritykseen perustuvaa laseria voidaan käyttää UV-litografian tilalla parantamassa erotuskykyä STM- ja AFM-tekniikat Voimamikroskopiaa voidaan käyttää pinnan tarkkaan paikalliseen hapetukseen (tarkkuus alle 100 nm) sekä atomien ja molekyylien sijoittamiseen lähes yksi kerrallaan paikalleen (kuten muste mustekynästä). Sovellus tietotekniikassa Tietokoneiden prosessorit valmistetaan litografia-menetelmällä. Seuraava Tietokone lehden artikkeli kertoo asiasta lisää. Kuva 4.4: Lehtiartikkeli[40].

33 Luku 5 Valo aalto ja hiukkanen Seuraavassa paneudutaan kvalitatiivisesti muutamaan modernin fysiikan ideaan ja esimerkkiin sekä tarkastellaan valon käyttäytymistä. Kappaleen lopussa esitellään nanotieteen sovelluksena laser. 5.1 Valon aalto-hiukkasdualismi Valolla on ominaisuuksia, joita klassisen fysiikan keinoin voidaan selittää valon aaltomallin avulla (esimerkiksi interferenssi ja diffraktio). Toisaalta, on olemassa tilanteita, joissa aaltomalli ei oikein tunnu purevan tarkasteltavaan valon (yleisimmin sähkömagneettisen säteilyn) fysiikkaan. Näissä tapauksissa valo käyttäytyy kuten hiukkaset, ts. valo näyttää fysikaalisten ominaisuuksiensa perusteella koostuvan pienistä hiukkasista, joita kutsutaan fotoneiksi 1 (ks. 5.3). Kuva 5.1: A wave or a particle... or both???[8] 1 Fotoni eli valokvantti on pieni, massaton (!!) hiukkanen. 33

34 34 LUKU 5. VALO AALTO JA HIUKKANEN Ongelmaksi tulee tulkinnallisuus; milloin meidän on kohdeltava valoa hiukkasryppäänä ja milloin aaltoliikkeenä? Vastauksen antaa Niels Bohrin keksimä komplementaarisuuden periaate[1]: Tarvitsemme molempia valon olemuksen tulkintoja pystyäksemme mallintamaan luontoa, mutta meidän ei milloinkaan pidä käyttää sekä aalto että hiukkasmallia samanaikaisesti tarkastellessamme jotain tiettyä fysikaalista ilmiötä. Aalto-hiukkasdualismi on tällä hetkellä vallitseva käsitys valon luonteesta ja sen kanssa on vain opittava elämään. 5.2 De Broglien aallot Ranskalainen fyysikko Louis de Broglie (kuva 5.2) julkaisi vuonna 1924 teoriansa, jonka mukaan myös hiukkasilla on oma aaltoluonteensa. missä Kuva 5.2: Louis De Broglie ( )[9]. De Broglien yhtälö hiukkasen aallonpituudelle on p = hiukkasen liikemäärä m = hiukkasen massa v = hiukkasen nopeus. λ = hiukkasen aallonpituus λ = h p = h mv, (5.1) h 6, Js vakio (tunnetaan yleisesti Planckin vakiona)

PUOLIJOHTEISTA. Yleistä

PUOLIJOHTEISTA. Yleistä 39 PUOLIJOHTEISTA Yleistä Pyrittäessä löytämään syy kiinteiden aineiden erilaiseen sähkön johtavuuteen joudutaan perehtymään aineen kidehilassa olevien atomien elektronisiin energiatiloihin. Seuraavassa

Lisätiedot

TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET

TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET (YO-K06+13, YO-K09+13, YO-K05-11,..) Tasasuuntaus Vaihtovirran suunta muuttuu jaksollisesti. Tasasuuntaus muuttaa sähkövirran kulkemaan yhteen suuntaan. Tasasuuntaus toteutetaan

Lisätiedot

Linssin kuvausyhtälö (ns. ohuen linssin approksimaatio):

Linssin kuvausyhtälö (ns. ohuen linssin approksimaatio): Fysiikan laboratorio Työohje 1 / 5 Optiikan perusteet 1. Työn tavoite Työssä tutkitaan valon kulkua linssisysteemeissä ja perehdytään interferenssi-ilmiöön. Tavoitteena on saada perustietämys optiikasta

Lisätiedot

Kovalenttinen sidos ja molekyyliyhdisteiden ominaisuuksia

Kovalenttinen sidos ja molekyyliyhdisteiden ominaisuuksia Kovalenttinen sidos ja molekyyliyhdisteiden ominaisuuksia 16. helmikuuta 2014/S.. Mikä on kovalenttinen sidos? Kun atomit jakavat ulkoelektronejaan, syntyy kovalenttinen sidos. Kovalenttinen sidos on siis

Lisätiedot

Fysikaalisten tieteiden esittely puolijohdesuperhiloista

Fysikaalisten tieteiden esittely puolijohdesuperhiloista Fysikaalisten tieteiden esittely puolijohdesuperhiloista "Perhaps a thing is simple if you can describe it fully in several different ways without immediately knowing that you are describing the same thing."

Lisätiedot

Aineen olemuksesta. Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto

Aineen olemuksesta. Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto Aineen olemuksesta Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto Miten käsitys aineen perimmäisestä rakenteesta on kehittynyt aikojen kuluessa? Mitä ajattelemme siitä nyt? Atomistit Loogisen päättelyn

Lisätiedot

Kuva 6.6 esittää moniliitosaurinkokennojen toimintaperiaatteen. Päällimmäisen

Kuva 6.6 esittää moniliitosaurinkokennojen toimintaperiaatteen. Päällimmäisen 6.2 MONILIITOSAURINKOKENNO Aurinkokennojen hyötysuhteen kasvattaminen on teknisesti haastava tehtävä. Oman lisähaasteensa tuovat taloudelliset reunaehdot, sillä tekninen kehitys ei saisi merkittävästi

Lisätiedot

SMG-4450 Aurinkosähkö

SMG-4450 Aurinkosähkö SMG-4450 Aurinkosähkö Toisen luennon aihepiirit Lyhyt katsaus aurinkosähkön historiaan Valosähköinen ilmiö: Mistä tässä luonnonilmiössä on kyse? Piihin perustuvan puolijohdeaurinkokennon toimintaperiaate

Lisätiedot

FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA 1 JOHDANTO Työssä tutustutaan hila- ja prismaspektrometreihin, joiden avulla tutkitaan valon taipumista hilassa ja taittumista prismassa. Samalla tutustutaan eräiden

Lisätiedot

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe 28.5.2014, malliratkaisut

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe 28.5.2014, malliratkaisut A1 Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 014 Insinöörivalinnan fysiikan koe 8.5.014, malliratkaisut Kalle ja Anne tekivät fysikaalisia kokeita liukkaalla vaakasuoralla jäällä.

Lisätiedot

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila Optisessa hilassa on hyvin suuri määrä yhdensuuntaisia, toisistaan yhtä kaukana olevia

Lisätiedot

Hiukkasfysiikan luento 21.3.2012 Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura

Hiukkasfysiikan luento 21.3.2012 Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura Hiukkasfysiikan luento 21.3.2012 Pentti Korpi Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura Atomi Aine koostuu molekyyleistä Atomissa on ydin ja fotonien ytimeen liittämiä elektroneja Ytimet muodostuvat

Lisätiedot

1240eV nm. 410nm. Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV =

1240eV nm. 410nm. Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV = S-47 ysiikka III (ST) Tentti 88 Maksimiaallonpituus joka irroittaa elektroneja metallista on 4 nm ja vastaava aallonpituus metallille on 8 nm Mikä on näiden metallien välinen jännite-ero? Metallin työfunktio

Lisätiedot

Luku 2: Atomisidokset ja ominaisuudet

Luku 2: Atomisidokset ja ominaisuudet Luku 2: Atomisidokset ja ominaisuudet Käsiteltävät aiheet: Mikä aikaansaa sidokset? Mitä eri sidostyyppejä on? Mitkä ominaisuudet määräytyvät sidosten kautta? Chapter 2-1 Atomirakenne Atomi elektroneja

Lisätiedot

Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet:

Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet: Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet: PALKKIANTURI Työssä tutustutaan palkkianturin toimintaan ja havainnollistetaan sen avulla pienten ainepitoisuuksien havainnointia. Työn mittaukset on jaettu kolmeen osaan,

Lisätiedot

SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA FYSA234/K2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA 1 Johdanto Kvanttimekaniikan mukaan atomi voi olla vain tietyissä, määrätyissä energiatiloissa. Perustilassa, jossa atomi normaalisti on, energia on pienimmillään.

Lisätiedot

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT HILA JA PRISMA MIKKO LAINE 9. toukokuuta 05. Johdanto Tässä työssä muodostamme lasiprisman dispersiokäyrän ja määritämme työn tekijän silmän herkkyysrajan punaiselle valolle. Lisäksi

Lisätiedot

a) Piirrä hahmotelma varjostimelle muodostuvan diffraktiokuvion maksimeista 1, 2 ja 3.

a) Piirrä hahmotelma varjostimelle muodostuvan diffraktiokuvion maksimeista 1, 2 ja 3. Ohjeita: Tee jokainen tehtävä siististi omalle sivulleen/sivuilleen. Merkitse jos tehtävä jatkuu seuraavalle konseptille. Kirjoita ratkaisuihin näkyviin tarvittavat välivaiheet ja perustele lyhyesti käyttämästi

Lisätiedot

Fy06 Koe 20.5.2015 Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

Fy06 Koe 20.5.2015 Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7 Fy06 Koe 0.5.015 Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7 alitse kolme tehtävää. 6p/tehtävä. 1. Mitä mieltä olet seuraavista väitteistä. Perustele lyhyesti ovatko väitteet totta vai tarua. a. irtapiirin hehkulamput

Lisätiedot

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA 1 SEISOVA AALTOLIIKE MOTIVOINTI Työssä tutkitaan poikittaista ja pitkittäistä aaltoliikettä pitkässä langassa ja jousessa. Tarkastellaan seisovaa aaltoliikettä. Määritetään aaltoliikkeen etenemisnopeus

Lisätiedot

Mikroskooppisten kohteiden

Mikroskooppisten kohteiden Mikroskooppisten kohteiden lämpötilamittaukset itt t Maksim Shpak Planckin laki I BB ( λ T ) = 2hc λ, 5 2 1 hc λ e λkt 11 I ( λ, T ) = ε ( λ, T ) I ( λ T ) m BB, 0 < ε

Lisätiedot

LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ

LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ Valosähköisellä ilmiöllä ymmärretään tässä oppikirjamaisesti sitä, että kun virtapiirissä ja tyhjiölampussa olevan anodi-katodi yhdistelmän katodia säteilytetään fotoneilla,

Lisätiedot

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1/7 TIETOTEKNIIKKA / SALO FYSIIKAN LABORATORIO V1.5 12.2007

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1/7 TIETOTEKNIIKKA / SALO FYSIIKAN LABORATORIO V1.5 12.2007 TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1/7 Työ 24AB S4h. LASERTYÖ JA VALON SPEKTRIN ANALYSOINTI TYÖN TARKOITUS LASERTYÖ Lasereita käytetään esimerkiksi tiedonsiirrossa, analysoinnissa ja terapiassa ja työstämisessä.

Lisätiedot

FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ

FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ Työssä perehdytään johteissa ja tässä tapauksessa erityisesti puolijohteissa esiintyvään Hallin ilmiöön, sekä määritetään sitä karakterisoivat Hallin vakio, varaustiheys

Lisätiedot

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti Tehtävä 1 Selitä lyhyesti: a Mikä on Einsteinin ja Debyen kidevärähtelymallien olennainen ero? b Mikä ero vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa on kanonisella

Lisätiedot

Kvanttimekaniikka: Luento 2. Mar$kainen Jani- Petri

Kvanttimekaniikka: Luento 2. Mar$kainen Jani- Petri Kvanttimekaniikka: Luento 2 Mar$kainen Jani- Petri Assarointimainos Fyssa tarvitsee assareita Noin 30 euroa tun$+ lisiä tyypillises$ n. 4h/viikko, muba voi olla enemmän/vähemmän Opintosuoritukset+ lyhyt

Lisätiedot

Elektroniikka. Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist

Elektroniikka. Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist Elektroniikka Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist Kurssin sisältö Sähköopin perusteet Elektroniikan perusteet Sähköturvallisuus ja lainsäädäntö Elektroniikka musiikkiteknologiassa Suoritustapa

Lisätiedot

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä: FY6 SÄHKÖ Tavoitteet Kurssin tavoitteena on, että opiskelija ymmärtää sähköön liittyviä peruskäsitteitä, tutustuu mittaustekniikkaan osaa tehdä sähköopin perusmittauksia sekä rakentaa ja tutkia yksinkertaisia

Lisätiedot

FY6 - Soveltavat tehtävät

FY6 - Soveltavat tehtävät FY6 - Soveltavat tehtävät 21. Origossa on 6,0 mikrocoulombin pistevaraus. Koordinaatiston pisteessä (4,0) on 3,0 mikrocoulombin ja pisteessä (0,2) 5,0 mikrocoulombin pistevaraus. Varaukset ovat tyhjiössä.

Lisätiedot

Luento 1: Sisältö. Vyörakenteen muodostuminen Molekyyliorbitaalien muodostuminen Atomiketju Energia-aukko

Luento 1: Sisältö. Vyörakenteen muodostuminen Molekyyliorbitaalien muodostuminen Atomiketju Energia-aukko Luento 1: Sisältö Kemialliset sidokset Ionisidos (suolat, NaCl) Kovalenttinen sidos (timantti, pii) Metallisidos (metallit) Van der Waals sidos (jalokaasukiteet) Vetysidos (orgaaniset aineet, jää) Vyörakenteen

Lisätiedot

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi Physica 9. painos (0) RATKAST. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi RATKAST:. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi. a) Vaihtovirran tehollinen arvo on yhtä suuri kuin sellaisen tasavirran arvo, joka tuottaa vastuksessa

Lisätiedot

Mustan kappaleen säteily

Mustan kappaleen säteily Mustan kappaleen säteily Musta kappale on ideaalisen säteilijän malli, joka absorboi (imee itseensä) kaiken siihen osuvan säteilyn. Se ei lainkaan heijasta eikä sirota siihen osuvaa säteilyä, vaan emittoi

Lisätiedot

Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus:

Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus: K1. Onko väittämä oikein vai väärin. Oikeasta väittämästä saa 0,5 pistettä. Vastaamatta jättämisestä tai väärästä vastauksesta ei vähennetä pisteitä. (yhteensä 10 p) Oikein Väärin 1. Kaikki metallit johtavat

Lisätiedot

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA NOT-tiedekoulu La Palma Kasper Honkanen, Ilona Arola, Lotta Loponen, Helmi-Tuulia Korpijärvi ja Anastasia Koivikko 20.11.2011 Ryhmämme työ käsittelee spektrometriaa ja sen

Lisätiedot

OPTIIKAN TYÖ. Fysiikka 1-2:n/Fysiikan peruskurssien harjoitustyöt (mukautettu lukion oppimäärään) Nimi: Päivämäärä: Assistentti:

OPTIIKAN TYÖ. Fysiikka 1-2:n/Fysiikan peruskurssien harjoitustyöt (mukautettu lukion oppimäärään) Nimi: Päivämäärä: Assistentti: Fysiikka 1-2:n/Fysiikan peruskurssien harjoitustyöt (mukautettu lukion oppimäärään) Nimi: Päivämäärä: Assistentti: OPTIIKAN TYÖ Vastaa ensin seuraaviin ennakkotietoja mittaaviin kysymyksiin. 1. Mitä tarkoittavat

Lisätiedot

www.mafyvalmennus.fi YO-harjoituskoe A / fysiikka Mallivastaukset 1. a)

www.mafyvalmennus.fi YO-harjoituskoe A / fysiikka Mallivastaukset 1. a) YO-harjoituskoe A / fysiikka Mallivastaukset 1. a) 1 b) Lasketaan 180 N:n voimaa vastaava kuorma. G = mg : g m = G/g (1) m = 180 N/9,81 m/s 2 m = 18,348... kg Luetaan kuvaajista laudan ja lankun taipumat

Lisätiedot

25 INTERFEROMETRI 25.1 Johdanto

25 INTERFEROMETRI 25.1 Johdanto 5 INTERFEROMETRI 5.1 Johdanto Interferometrin toiminta perustuu valon interferenssiin. Interferenssillä tarkoitetaan kahden tai useamman aallon yhdistymistä yhdeksi resultanttiaalloksi. Kuvassa 1 tarkastellaan

Lisätiedot

DIODIN OMINAISKÄYRÄ TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ

DIODIN OMINAISKÄYRÄ TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ 1 IOIN OMINAISKÄYRÄ JA TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ MOTIVOINTI Työ opettaa mittaamaan erityyppisten diodien ominaiskäyrät käyttämällä oskilloskooppia XYpiirturina Työssä opetellaan mittaamaan transistorin

Lisätiedot

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe 30.5.2012, malliratkaisut

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe 30.5.2012, malliratkaisut A1 Kappale, jonka massa m = 2,1 kg, lähtee liikkeelle levosta paikasta x = 0,0 m pitkin vaakasuoraa alustaa. Kappaleeseen vaikuttaa vaakasuora vetävä voima F, jonka suuruus riippuu paikasta oheisen kuvan

Lisätiedot

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän 3. MAGNEETTIKENTTÄ Magneettikenttä Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän Havaittuja magneettisia perusilmiöitä: Riippumatta magneetin muodosta, sillä on aina

Lisätiedot

1. Malmista metalliksi

1. Malmista metalliksi 1. Malmista metalliksi Metallit esiintyvät maaperässä yhdisteinä, mineraaleina Malmiksi sanotaan kiviainesta, joka sisältää jotakin hyödyllistä metallia niin paljon, että sen erottaminen on taloudellisesti

Lisätiedot

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne 4 Optiikka 4.1 Valon luonne 1 Valo on etenevää aaltoliikettä, joka syntyy sähkökentän ja magneettikentän yhteisvaikutuksesta. Jos sähkömagneettinen aalto (valoaalto) liikkuu x-akselin suuntaan, värähtelee

Lisätiedot

Kemian opiskelun avuksi

Kemian opiskelun avuksi Kemian opiskelun avuksi Ilona Kuukka Mukana: Petri Järvinen Matti Koski Euroopan Unionin Kotouttamisrahasto osallistuu hankkeen rahoittamiseen. AINE JA ENERGIA Aine aine, nominatiivi ainetta, partitiivi

Lisätiedot

RATKAISUT: 19. Magneettikenttä

RATKAISUT: 19. Magneettikenttä Physica 9 1. painos 1(6) : 19.1 a) Magneettivuo määritellään kaavalla Φ =, jossa on magneettikenttää vastaan kohtisuorassa olevan pinnan pinta-ala ja on magneettikentän magneettivuon tiheys, joka läpäisee

Lisätiedot

Magneettikentät. Haarto & Karhunen. www.turkuamk.fi

Magneettikentät. Haarto & Karhunen. www.turkuamk.fi Magneettikentät Haarto & Karhunen Magneettikenttä Sähkövaraus aiheuttaa ympärilleen sähkökentän Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen myös magneettikentän Magneettikenttä aiheuttaa voiman liikkuvaan

Lisätiedot

Materiaalifysiikkaa antimaterialla. Filip Tuomisto Teknillisen fysiikan laitos Aalto-yliopisto

Materiaalifysiikkaa antimaterialla. Filip Tuomisto Teknillisen fysiikan laitos Aalto-yliopisto Materiaalifysiikkaa antimaterialla Filip Tuomisto Teknillisen fysiikan laitos Aalto-yliopisto Miksi aine on sellaista kuin se on? Materiaalien atomitason rakenne Kokeelliset tutkimusmenetelmät Positroniannihilaatiospektroskopia

Lisätiedot

YLEINEN KEMIA. Alkuaineiden esiintyminen maailmassa. Alkuaineet. Alkuaineet koostuvat atomeista. Atomin rakenne. Copyright Isto Jokinen

YLEINEN KEMIA. Alkuaineiden esiintyminen maailmassa. Alkuaineet. Alkuaineet koostuvat atomeista. Atomin rakenne. Copyright Isto Jokinen YLEINEN KEMIA Yleinen kemia käsittelee kemian perusasioita kuten aineen rakennetta, alkuaineiden jaksollista järjestelmää, kemian peruskäsitteitä ja kemiallisia reaktioita. Alkuaineet Kaikki ympärillämme

Lisätiedot

24AB. Lasertutkimus ja spektrianalyysi

24AB. Lasertutkimus ja spektrianalyysi TURUN AMMATTIKORKAKOULU TYÖOHJ 1/7 24AB. Lasertutkimus ja spektrianalyysi 1. Työn tarkoitus Lasereilla on runsaasti käytännön sovelluksia esimerkiksi tiedonsiirrossa, aineiden analysoinnissa ja työstämisessä

Lisätiedot

Jaksollinen järjestelmä ja sidokset

Jaksollinen järjestelmä ja sidokset Booriryhmä Hiiliryhmä Typpiryhmä Happiryhmä Halogeenit Jalokaasut Jaksollinen järjestelmä ja sidokset 13 Jaksollinen järjestelmä on tärkeä kemian työkalu. Sen avulla saadaan tietoa alkuaineiden rakenteista

Lisätiedot

Näiden aihekokonaisuuksien opetussuunnitelmat ovat luvussa 8.

Näiden aihekokonaisuuksien opetussuunnitelmat ovat luvussa 8. 9. 11. b Oppiaineen opetussuunnitelmaan on merkitty oppiaineen opiskelun yhteydessä toteutuva aihekokonaisuuksien ( = AK) käsittely seuraavin lyhentein: AK 1 = Ihmisenä kasvaminen AK 2 = Kulttuuri-identiteetti

Lisätiedot

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2011 Insinöörivalinnan fysiikan koe 1.6.2011, malliratkaisut

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2011 Insinöörivalinnan fysiikan koe 1.6.2011, malliratkaisut A1 Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2011 Täydennä kuhunkin kohtaan yhtälöstä puuttuva suure tai vakio alla olevasta taulukosta. Anna vastauksena kuhunkin kohtaan ainoastaan

Lisätiedot

1.1 Magneettinen vuorovaikutus

1.1 Magneettinen vuorovaikutus 1.1 Magneettinen vuorovaikutus Magneettien välillä on niiden asennosta riippuen veto-, hylkimis- ja vääntövaikutuksia. Magneettinen vuorovaikutus on etävuorovaikutus Magneeti pohjoiseen kääntyvää päätä

Lisätiedot

FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE 30.01.2014 VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!!

FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE 30.01.2014 VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!! FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE 30.01.2014 VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!! 1. Vastaa, ovatko seuraavat väittämät oikein vai väärin. Perustelua ei tarvitse kirjoittaa. a) Atomi ei voi lähettää

Lisätiedot

Interferenssi. Luku 35. PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman. Lectures by James Pazun

Interferenssi. Luku 35. PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman. Lectures by James Pazun Luku 35 Interferenssi PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman Lectures by James Pazun Johdanto Interferenssi-ilmiö tapahtuu, kun kaksi aaltoa yhdistyy

Lisätiedot

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012 Kertausta IONIEN MUODOSTUMISESTA Jos atomi luovuttaa tai

Lisätiedot

Sähköstatiikka ja magnetismi

Sähköstatiikka ja magnetismi Sähköstatiikka ja magnetismi Johdatus magnetismiin Antti Haarto 19.11.2012 Magneettikenttä Sähkövaraus aiheuttaa ympärilleen sähkökentän Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen myös magneettikentän

Lisätiedot

VALON DIFFRAKTIO YHDESSÄ JA KAHDESSA RAOSSA

VALON DIFFRAKTIO YHDESSÄ JA KAHDESSA RAOSSA 1 VALON DIFFRAKTIO YHDESSÄ JA KAHDESSA RAOSSA MOTIVOINTI Tutustutaan laservalon käyttöön aaltooptiikan mittauksissa. Tutkitaan laservalon käyttäytymistä yhden ja kahden kapean raon takana. Määritetään

Lisätiedot

ATOMIFYSIIKAN LUKIO-OPETUKSESTA JA JALOKAASUJEN TUTKIMISESTA ELEKTRONISPEKTROSKOPIAA KÄYTTÄEN

ATOMIFYSIIKAN LUKIO-OPETUKSESTA JA JALOKAASUJEN TUTKIMISESTA ELEKTRONISPEKTROSKOPIAA KÄYTTÄEN ATOMIFYSIIKAN LUKIO-OPETUKSESTA JA JALOKAASUJEN TUTKIMISESTA ELEKTRONISPEKTROSKOPIAA KÄYTTÄEN PRO GRADU -TUTKIELMA MARJUT PARRILA OULUN YLIOPISTO FYSIKAALISTEN TIETEIDEN LAITOS 005 Sisällysluettelo 1.

Lisätiedot

RATKAISUT: 18. Sähkökenttä

RATKAISUT: 18. Sähkökenttä Physica 9 1. painos 1(7) : 18.1. a) Sähkökenttä on alue, jonka jokaisessa kohdassa varattuun hiukkaseen vaikuttaa sähköinen voia. b) Potentiaali on sähkökenttää kuvaava suure, joka on ääritelty niin, että

Lisätiedot

Essee Laserista. Laatija - Pasi Vähämartti. Vuosikurssi - IST4SE

Essee Laserista. Laatija - Pasi Vähämartti. Vuosikurssi - IST4SE Jyväskylän Ammattikorkeakoulu, IT-instituutti IIZF3010 Sovellettu fysiikka, Syksy 2005, 5 ECTS Opettaja Pasi Repo Essee Laserista Laatija - Pasi Vähämartti Vuosikurssi - IST4SE Sisällysluettelo: 1. Laser

Lisätiedot

Sähköstatiikan laskuissa useat kaavat yksinkertaistuvat hieman, jos vakio C kirjoitetaan muotoon

Sähköstatiikan laskuissa useat kaavat yksinkertaistuvat hieman, jos vakio C kirjoitetaan muotoon 30 SÄHKÖVAKIO 30 Sähkövakio ja Coulombin laki Coulombin lain mukaan kahden tyhjiössä olevan pistevarauksen q ja q 2 välinen voima F on suoraan verrannollinen varauksiin ja kääntäen verrannollinen varausten

Lisätiedot

Kaikki ympärillämme oleva aine koostuu alkuaineista.

Kaikki ympärillämme oleva aine koostuu alkuaineista. YLEINEN KEMIA Yleinen kemia käsittelee kemian perusasioita kuten aineen rakennetta, alkuaineiden jaksollista järjestelmää, kemian peruskäsitteitä ja kemiallisia reaktioita. Alkuaineet Kaikki ympärillämme

Lisätiedot

FY1 Fysiikka luonnontieteenä

FY1 Fysiikka luonnontieteenä Ismo Koponen 10.12.2014 FY1 Fysiikka luonnontieteenä saa tyydytystä tiedon ja ymmärtämisen tarpeelleen sekä saa vaikutteita, jotka herättävät ja syventävät kiinnostusta fysiikkaa kohtaan tutustuu aineen

Lisätiedot

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki. Sähkö 25 Esineet saavat sähkövarauksen hankauksessa kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki. Hankauksessa esineet voivat varautua sähköisesti. Varaukset syntyvät, koska hankauksessa kappaleesta siirtyy

Lisätiedot

33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ

33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ TYÖOHJE 14.7.2010 JMK, TSU 33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ Laitteisto: Kuva 1. Kytkentä solenoidin ja toroidin magneettikenttien mittausta varten. Käytä samaa digitaalista jännitemittaria molempien

Lisätiedot

KE4, KPL. 3 muistiinpanot. Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen

KE4, KPL. 3 muistiinpanot. Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen KE4, KPL. 3 muistiinpanot Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen KPL 3: Ainemäärä 1. Pohtikaa, miksi ruokaohjeissa esim. kananmunien ja sipulien määrät on ilmoitettu kappalemäärinä, mutta makaronit on ilmoitettu

Lisätiedot

Aine ja maailmankaikkeus. Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos

Aine ja maailmankaikkeus. Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos Aine ja maailmankaikkeus Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos Lahden yliopistokeskus 29.9.2011 1900-luku tiedon uskomaton vuosisata -mikä on aineen olemus -miksi on erilaisia aineita

Lisätiedot

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi Aurinko K E S K E I S E T K Ä S I T T E E T : A T M O S F Ä Ä R I, F O T O S F Ä Ä R I, K R O M O S F Ä Ä R I J A K O R O N A G R A N U L A A T I O J A A U R I N G O N P I L K U T P R O T U B E R A N S

Lisätiedot

PERMITTIIVISYYS. 1 Johdanto. 1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla . (1) , (2) (3) . (4) Permittiivisyys

PERMITTIIVISYYS. 1 Johdanto. 1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla . (1) , (2) (3) . (4) Permittiivisyys PERMITTIIVISYYS 1 Johdanto Tarkastellaan tasokondensaattoria, joka koostuu kahdesta yhdensuuntaisesta metallilevystä Siirretään varausta levystä toiseen, jolloin levyissä on varaukset ja ja levyjen välillä

Lisätiedot

SUPER- SYMMETRIA. Robert Wilsonin Broken Symmetry (rikkoutunut symmetria) Fermilabissa USA:ssa

SUPER- SYMMETRIA. Robert Wilsonin Broken Symmetry (rikkoutunut symmetria) Fermilabissa USA:ssa SUPER- SYMMETRIA Robert Wilsonin Broken Symmetry (rikkoutunut symmetria) Fermilabissa USA:ssa Teemu Löyttinen & Joni Väisänen Ristiinan lukio 2008 1. Sisällysluettelo 2. Aineen rakenteen standardimalli

Lisätiedot

Teoreettisen fysiikan esittely

Teoreettisen fysiikan esittely Teoreettisen fysiikan esittely Fysiikan laitos Oulun yliopisto 28.9.2012 Erkki Thuneberg Nämä kalvot on saatavissa osoitteessa http://www.oulu.fi/fysiikka/teoreettinen-fysiikka Sisältö Mitä on teoreettinen

Lisätiedot

PHYS-C0240 Materiaalifysiikka (5op), kevät 2016

PHYS-C0240 Materiaalifysiikka (5op), kevät 2016 PHYS-C0240 Materiaalifysiikka (5op), kevät 2016 Prof. Martti Puska Emppu Salonen Tomi Ketolainen Ville Vierimaa Luento 7: Hilavärähtelyt tiistai 12.4.2016 Aiheet tänään Hilavärähtelyt: johdanto Harmoninen

Lisätiedot

HALLIN ILMIÖ 1. TUTKITTAVAN ILMIÖN TEORIAA

HALLIN ILMIÖ 1. TUTKITTAVAN ILMIÖN TEORIAA 1 ALLIN ILMIÖ MOTIVOINTI allin ilmiötyössä tarkastellaan johteen varauksenkuljettajiin liittyviä suureita Työssä nähdään kuinka all-kiteeseen generoituu all-jännite allin ilmiön tutkimiseen soveltuvalla

Lisätiedot

Alkeishiukkaset. Standarimalliin pohjautuen:

Alkeishiukkaset. Standarimalliin pohjautuen: Alkeishiukkaset Alkeishiukkaset Standarimalliin pohjautuen: Alkeishiukkasiin lasketaan perushiukkaset (fermionit) ja alkeishiukkasbosonit. Ne ovat nykyisen tiedon mukaan jakamattomia hiukkasia. Lisäksi

Lisätiedot

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI sivu 1/5 MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI Kohderyhmä: Kesto: Tavoitteet: Toteutus: Peruskoulu / lukio 15 min. Työn tavoitteena on havainnollistaa

Lisätiedot

a) Kuinka pitkän matkan punnus putoaa, ennen kuin sen liikkeen suunta kääntyy ylöspäin?

a) Kuinka pitkän matkan punnus putoaa, ennen kuin sen liikkeen suunta kääntyy ylöspäin? Luokka 3 Tehtävä 1 Pieni punnus on kiinnitetty venymättömän langan ja kevyen jousen välityksellä tukevaan kannattimeen. Alkutilanteessa punnusta kannatellaan käsin, ja lanka riippuu löysänä kuvan mukaisesti.

Lisätiedot

23 VALON POLARISAATIO 23.1 Johdanto. 23.2 Valon polarisointi ja polarisaation havaitseminen

23 VALON POLARISAATIO 23.1 Johdanto. 23.2 Valon polarisointi ja polarisaation havaitseminen 3 VALON POLARISAATIO 3.1 Johdanto Mawellin htälöiden avulla voidaan johtaa aaltohtälö sähkömagneettisen säteiln etenemiselle väliaineessa. Mawellin htälöiden ratkaisusta seuraa aina, että valo on poikittaista

Lisätiedot

KAASUJEN YLEISET TILANYHTÄLÖT ELI IDEAALIKAASUJEN TILANYHTÄLÖT (Kaasulait) [pätevät ns. ideaalikaasuille]

KAASUJEN YLEISET TILANYHTÄLÖT ELI IDEAALIKAASUJEN TILANYHTÄLÖT (Kaasulait) [pätevät ns. ideaalikaasuille] KAASUJEN YLEISET TILANYHTÄLÖT ELI IDEAALIKAASUJEN TILANYHTÄLÖT (Kaasulait) [pätevät ns. ideaalikaasuille] A) p 1, V 1, T 1 ovat paine tilavuus ja lämpötila tilassa 1 p 2, V 2, T 2 ovat paine tilavuus ja

Lisätiedot

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta. K i n e e t t i s t ä k a a s u t e o r i a a Kineettisen kaasuteorian perusta on mekaaninen ideaalikaasu, joka on matemaattinen malli kaasulle. Reaalikaasu on todellinen kaasu. Reaalikaasu käyttäytyy

Lisätiedot

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2) Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2) Yliopistonlehtori, TkT Sami Kujala Mikro- ja nanotekniikan laitos Kevät 2016 Ajan ja pituuden suhteellisuus Relativistinen työ ja kokonaisenergia SMG-aaltojen

Lisätiedot

PYP I / TEEMA 4 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS

PYP I / TEEMA 4 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS 1 PYP I / TEEMA 4 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS Aki Sorsa 2 SISÄLTÖ YLEISTÄ Mitattavuus ja mittaus käsitteinä Mittauksen vaiheet Mittaustarkkuudesta SUUREIDEN MITTAUSMENETELMIÄ Mittalaitteen osat Lämpötilan

Lisätiedot

PHYS-A3131 Sähkömagnetismi (ENG1) (5 op)

PHYS-A3131 Sähkömagnetismi (ENG1) (5 op) PHYS-A3131 Sähkömagnetismi (ENG1) (5 op) Sisältö: Sähköiset vuorovaikutukset Magneettiset vuorovaikutukset Sähkö- ja magneettikenttä Sähkömagneettinen induktio Ajasta riippuvat tasa- ja vaihtovirtapiirit

Lisätiedot

PUOLIJOHTEET + + - - - + + + - - tyhjennysalue

PUOLIJOHTEET + + - - - + + + - - tyhjennysalue PUOLIJOHTEET n-tyypin- ja p-tyypin puolijohteet - puolijohteet ovat aineita, jotka johtavat sähköä huonommin kuin johteet, mutta paremmin kuin eristeet (= eristeen ja johteen välimuotoja) - resistiivisyydet

Lisätiedot

RATKAISUT: 16. Peilit ja linssit

RATKAISUT: 16. Peilit ja linssit Physica 9 1 painos 1(6) : 161 a) Kupera linssi on linssi, jonka on keskeltä paksumpi kuin reunoilta b) Kupera peili on peili, jossa heijastava pinta on kaarevan pinnan ulkopinnalla c) Polttopiste on piste,

Lisätiedot

782630S Pintakemia I, 3 op

782630S Pintakemia I, 3 op 782630S Pintakemia I, 3 op Ulla Lassi Puh. 0400-294090 Sposti: ulla.lassi@oulu.fi Tavattavissa: KE335 (ma ja ke ennen luentoja; Kokkolassa huone 444 ti, to ja pe) Prof. Ulla Lassi Opintojakson toteutus

Lisätiedot

PYP I / TEEMA 8 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS

PYP I / TEEMA 8 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS 1 PYP I / TEEMA 8 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS Aki Sorsa 2 SISÄLTÖ YLEISTÄ Mitattavuus ja mittaus käsitteinä Mittauksen vaiheet Mittausprojekti Mittaustarkkuudesta SUUREIDEN MITTAUSMENETELMIÄ Mittalaitteen

Lisätiedot

on radan suuntaiseen komponentti eli tangenttikomponentti ja on radan kaarevuuskeskipisteeseen osoittavaan komponentti. (ks. kuva 1).

on radan suuntaiseen komponentti eli tangenttikomponentti ja on radan kaarevuuskeskipisteeseen osoittavaan komponentti. (ks. kuva 1). H E I L U R I T 1) Matemaattinen heiluri = painottoman langan päässä heilahteleva massapiste (ks. kuva1) kuva 1. - heilurin pituus l - tasapainoasema O - ääriasemat A ja B - heilahduskulma - heilahdusaika

Lisätiedot

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET BILÄÄKETIETEEN enkilötunnus: - KULUTUSJELMA Sukunimi: 20.5.2015 Etunimet: Nimikirjoitus: KEMIA Kuulustelu klo 9.00-13.00 YVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET Tehtävämonisteen tehtäviin vastataan erilliselle vastausmonisteelle.

Lisätiedot

Laser-kuumennus. Janne Komi 0336621. Petteri Mustonen 0371444

Laser-kuumennus. Janne Komi 0336621. Petteri Mustonen 0371444 Laser-kuumennus Janne Komi 0336621 Petteri Mustonen 0371444 2 SISÄLLYS 1. 2. 3. Johdanto... 3 Laser... 3 Sovelluskohteita... 4 3.1 Laserhitsaus... 5 3.2 Laserleikkaus... 6 3.3 Kirurgia... 7 3.4 Sotilaskäyttö...

Lisätiedot

VALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka. Kari Sormunen Kevät 2014

VALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka. Kari Sormunen Kevät 2014 VALAISTUSTA VALOSTA Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2014 OPPILAIDEN KÄSITYKSIÄ VALOSTA Oppilaat kuvittelevat, että valo etenee katsojan silmästä katsottavaan kohteeseen.

Lisätiedot

Harjoitustehtävien vastaukset

Harjoitustehtävien vastaukset Harjoitustehtävien vastaukset Esimerkiksi kaiutinelementti, rumpukalvo (niin rummussa kuin korvassa), jännitetty kuminauha tai kielisoittimien (esimerkiksi viulu, kitara) kielet, kellon koneisto, heiluri,

Lisätiedot

Kuva 8.1 Suoran virrallisen johtimen magneettikenttä (A on tarkastelupiste). /1/

Kuva 8.1 Suoran virrallisen johtimen magneettikenttä (A on tarkastelupiste). /1/ 8 SÄHKÖMAGNETISMI 8.1 Yleistä Magneettisuus on eräs luonnon ilmiö, joka on tunnettu jo kauan, ja varmasti jokaisella on omia kokemuksia magneeteista ja magneettisuudesta. Uudempi havainto (1820, Christian

Lisätiedot

Kuvan 4 katkoviivalla merkityn alueen sisällä

Kuvan 4 katkoviivalla merkityn alueen sisällä TKK, TTY, LTY, OY ja ÅA insinööriosastojen valintakuulustelujen fysiikan koe 28.5.2003 Merkitse jokaiseen koepaperiin nimesi, hakijanumerosi ja tehtäväsarjan kirjain. Laske jokainen tehtävä siististi omalle

Lisätiedot

Teoreettisen fysiikan tulevaisuuden näkymiä

Teoreettisen fysiikan tulevaisuuden näkymiä Teoreettisen fysiikan tulevaisuuden näkymiä Tämä on teoreettisen fysiikan professori Erkki Thunebergin virkaanastujaisesitelmä, jonka hän piti Oulun yliopistossa 8.11.2001. Esitys on omistettu professori

Lisätiedot

FRANCKIN JA HERTZIN KOE

FRANCKIN JA HERTZIN KOE FYSP106/2 Franckin ja Hertzin koe 1 FYSP106/2 FRANCKIN JA HERTZIN KOE Työssä mitataan elohopea-atomin erään viritystilan energia käyttäen samantyyppistä koejärjestelyä, jolla Franck ja Hertz vuonna 1914

Lisätiedot

PAINOPISTE JA MASSAKESKIPISTE

PAINOPISTE JA MASSAKESKIPISTE PAINOPISTE JA MASSAKESKIPISTE Kappaleen painopiste on piste, jonka kautta kappaleeseen kohdistuvan painovoiman vaikutussuora aina kulkee, olipa kappale missä asennossa tahansa. Jos ajatellaan kappaleen

Lisätiedot

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus Antti Karjalainen, PRK 14.11.2013 Komponenttien esittelytaktiikka Toiminta, (Teoria), Käyttö jännite, virta, teho, taajuus, impedanssi ja näiden yksiköt:

Lisätiedot

DEE-11110 Sähkötekniikan perusteet

DEE-11110 Sähkötekniikan perusteet DEE-11110 Sähkötekniikan perusteet Antti Stenvall Peruskäsitteet Luennon keskeinen termistö ja tavoitteet sähkövaraus teho ja energia potentiaali ja jännite sähkövirta Tarkoitus on määritellä sähkötekniikan

Lisätiedot

Tampere 14.12.2013. Higgsin bosoni. Hiukkasen kiinnostavaa? Kimmo Tuominen! Helsingin Yliopisto

Tampere 14.12.2013. Higgsin bosoni. Hiukkasen kiinnostavaa? Kimmo Tuominen! Helsingin Yliopisto Tampere 14.12.2013 Higgsin bosoni Hiukkasen kiinnostavaa? Kimmo Tuominen! Helsingin Yliopisto Perustutkimuksen tavoitteena on löytää vastauksia! yksinkertaisiin peruskysymyksiin. Esimerkiksi: Mitä on massa?

Lisätiedot

1/6 TEKNIIKKA JA LIIKENNE FYSIIKAN LABORATORIO V1.31 9.2011

1/6 TEKNIIKKA JA LIIKENNE FYSIIKAN LABORATORIO V1.31 9.2011 1/6 333. SÄDEOPTIIKKA JA FOTOMETRIA A. INSSIN POTTOVÄIN JA TAITTOKYVYN MÄÄRITTÄMINEN 1. Työn tavoite. Teoriaa 3. Työn suoritus Työssä perehdytään valon kulkuun väliaineissa ja niiden rajapinnoissa sädeoptiikan

Lisätiedot