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



Samankaltaiset tiedostot
Nyt n = 1. Tästä ratkaistaan kuopan leveys L ja saadaan sijoittamalla elektronin massa ja vakiot

, m s ) täytetään alimmasta energiatilasta alkaen. Alkuaineet joiden uloimmalla elektronikuorella on samat kvanttiluvut n,

S Fysiikka III (EST) Tentti ja välikoeuusinta

5.10. HIUKKANEN POTENTIAALIKUOPASSA

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

Potentiaalikuopalla tarkoitetaan tilannetta, jossa potentiaalienergia U(x) on muotoa

Kvanttifysiikan perusteet 2017

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

S Fysiikka III (Est), 2 VK Malliratkaisut (Arvosteluperusteita täydennetään vielä)

(1) (2) Normalisointiehdoksi saadaan nytkin yhtälö (2). Ratkaisemalla (2)+(3) saamme

Vapaan hiukkasen Schrödingerin yhtälö (yksiulotteinen)

Mustan kappaleen säteily

1 WKB-approksimaatio. Yleisiä ohjeita. S Harjoitus

Z 1 = Np i. 2. Sähkömagneettisen kentän värähdysliikkeen energia on samaa muotoa kuin molekyylin värähdysliikkeen energia, p 2

S Fysiikka III (Est) Tentti

S Fysiikka III (EST) (6 op) 1. välikoe

Voima ja potentiaalienergia II Energian kvantittuminen

Lisävaatimuksia aaltofunktiolle

2. Fotonit, elektronit ja atomit

ψ(x) = A cos(kx) + B sin(kx). (2) k = nπ a. (3) E = n 2 π2 2 2ma 2 n2 E 0. (4)

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

a) Oletetaan, että happi on ideaalikaasu. Säiliön seinämiin osuvien hiukkasten lukumäärä saadaan molekyylivuon lausekkeesta = kaava (1p) dta n =

3. MATERIALISTISTEN HIUKKASTEN AALTOLUONNE

= 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6,

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 4 Kevät 2017

S Fysiikka III (EST), Tentti

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

Kvanttisointi Aiheet:

Fysiikka 1. Coulombin laki ja sähkökenttä. Antti Haarto

S , Fysiikka IV (ES) Tentti

S Fysiikka IV (ES) Tentti

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

Infrapunaspektroskopia

H7 Malliratkaisut - Tehtävä 1

780392A/782631S Fysikaalinen kemia II, 5 op / 4 op

Mustan kappaleen säteily

a) Jos törmäysten määrä sekunnissa on f = s 1 ja jokainen törmäys deaktivoi virityksen, niin viritystilan keskimääräinen elinikä on

S Fysiikka III (Est) 2 VK

Sovelletun fysiikan pääsykoe

Miehitysluvuille voidaan kirjoittaa Maxwell Boltzmann jakauman mukaan. saamme miehityslukujen summan muodossa

Kvanttimekaniikkaa yhdessä ulottuvuudessa

pääkiertoakseli #$%%ä 2C 2 C 2!"

Luku 8. Mekaanisen energian säilyminen. Konservatiiviset ja eikonservatiiviset. Potentiaalienergia Voima ja potentiaalienergia.

Mikrotila Makrotila Statistinen paino Ω(n) 3 Ω(3) = 4 2 Ω(2) = 6 4 Ω(4) = 1

:n perustilaan energiasta. e) Elektronien ja ytimien välinen vuorovaikutusenergia H 2

kertausta Boltzmannin jakauma infoa Ideaalikaasu kertausta Maxwellin ja Boltzmannin vauhtijakauma

a) Mikä on integraalifunktio ja miten derivaatta liittyy siihen? Anna esimerkki = 16 3 =

S , Fysiikka III (Sf) tentti/välikoeuusinta

S , Fysiikka III (ES) Tentti Tentti / välikoeuusinta

1. Yksiulotteisen harmonisen oskillaattorin energiatilat saadaan lausekkeesta

m h = Q l h 8380 J = J kg 1 0, kg Muodostuneen höyryn osuus alkuperäisestä vesimäärästä on m h m 0,200 kg = 0,

LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

1. (a) (2p.) Systeemin infinitesimaalista siirtoa matkan ɛ verran esittää operaattori

Ekvipartitioperiaatteen mukaisesti jokaiseen efektiiviseen vapausasteeseen liittyy (1 / 2)kT energiaa molekyyliä kohden.

LASKENNALLISEN TIETEEN OHJELMATYÖ: Diffuusion Monte Carlo -simulointi yksiulotteisessa systeemissä

Ydin- ja hiukkasfysiikka: Harjoitus 1 Ratkaisut 1

Fysiikan valintakoe klo 9-12

KVANTTIMEKANIIKAN PERUSTEET...57

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

Sähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä

kolminkertaisesti tehtäviä tavallisiin harjoituksiin verrattuna, voi sen kokonaan tekemällä saada suunnilleen kolmen tavallisen harjoituksen edestä

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

T F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3

Lataa ilmaiseksi mafyvalmennus.fi/mafynetti. Valmistaudu pitkän- tai lyhyen matematiikan kirjoituksiin ilmaiseksi Mafynetti-ohjelmalla!

missä t on matkaan raosta varjostimelle kuluva aika. Jos suihkun elektronien liikemäärä x- sunnassa on p x,on min y0min 0min

Fysiikka 8. Aine ja säteily

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

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Integroimalla ja käyttämällä lopuksi tilanyhtälöä saadaan T ( ) ( ) H 5,0 10 J + 2,0 10 0,50 1,0 10 0,80 Pa m 70 kj

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

Luku 9: Kvanttimekaniikan soveltaminen eri liiketyyppeihin:

Luento 10: Työ, energia ja teho. Johdanto Työ ja kineettinen energia Teho

Todennäköisyys ja epämääräisyysperiaate

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1

Energian säilymislain perusteella elektronin rekyylienergia on fotnien energioiden erotus: (1)

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

S , Fysiikka III (Sf) tentti/välikoeuusinta

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

Kuvan 4 katkoviivalla merkityn alueen sisällä

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

.) (b) Vertaa p :tä vastaavaa kineettistä energiaa perustilan kokonaisenergiaan. ( ) ( ) = = Ek

Jukka Tulkki 8. Laskuharjoitus (ratkaisut) Palautus torstaihin 3.4 klo 12:00 mennessä. x 2

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

J 2 = J 2 x + J 2 y + J 2 z.

Kuva 6.6 esittää moniliitosaurinkokennojen toimintaperiaatteen. Päällimmäisen

Matematiikan tukikurssi

HARMONISEN VÄRÄHTELIJÄN JAKSONAIKA JA HEILURIEN HEILAHDUSAJAT - johtaminen 1) VAIMENEMATON HARMONINEN VÄRÄHDYSLIIKE

Kvanttimekaniikan perusteet

Vauhti = nopeuden itseisarvo. Nopeuden itseisarvon keskiarvo N:lle hiukkaselle määritellään yhtälöllä

j = I A = 108 A m 2. (1) u kg m m 3, (2) v =

Kvanttimekaniikan perusteet

766328A Termofysiikka Harjoitus no. 10, ratkaisut (syyslukukausi 2014)

λ x = 0,100 nm, Eγ = 0,662 MeV, θ = 90. λ λ+ λ missä ave tarkoittaa aikakeskiarvoa.

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 3 Kevät E 1 + c 2 m 2 = E (1) p 1 = P (2) E 2 1

Luento 13: Periodinen liike. Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä F t F r

infoa Viikon aiheet Potenssisarja a n = c n (x x 0 ) n < 1

Transkriptio:

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 on φ hf 4eV nm 8nm 444eV c h λ 4eV nm 4nm ev ja metallin φ Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV Δφ 4eV 4V, Metalli on siis alemmassa potentiaalissa e e Osoita, että johtavuuselektronien keskimääräinen energia hyvin alhaisissa lämpötiloissa on ( /5) Käytä hyväksi elektronien tilatiheyttä, jonka tiedetään olevan verrannollinen energian neliöjuureen Sisäenergia on määritelmän mukaan (elektronin keskimääräinen energia on sisäenergia jaettuna elektronien lukumäärällä) i i, i U n g f d missä e ( )/ kt +, sillä matalissa lämpötiloissa μ Rajalla T fermifunktio muuttuu askelfunktioksi: ( ), kun ja ( ) kun > Yhtälö rror! Reference source not found voidaan siis kirjoittaa U gd () Sijoittamalla tilatiheys saadaan

/ / / Vm / Vm 5/ / 5 U d lektronien lukumäärä saadaan samasta integraalista () jättämällä energia pois integrandissa Tällöin / / / Vm / Vm / / N d Siis matalissa lämpötiloissa johtavuuselektronin keskimääräinen energia on siis U / N (/ 5) ave Tarkastellaan 79Br 9 molekyyliä Atomien tasapainoetäisyys (sidospituus) on ro,76 nm a) Laske neljän ensimmäisen rotaatiotason energia b) Määritä transitioissa l l ja l l absorboituvien fotonien energiat c) Laske värähtelytasojen energiaero Vertaa a- ja c-kohdan tuloksia keskenään Rotaatioenergia on kvantittunut monisteen yhtälön (6) mukaisesti: r l( l+ ), I l,,,, mm Hitausmomentti I on I μr o ro Nyt m 78,98 u, m 8,998 u m+ m 79,98 8,998 Siten,665 I 79,98 + 8,998 kg (,76 ) m 7,895 kg m ja 4 (,546 Js) 4 ( ) 7,44 J ( ) r l l+ l l+ 46 7,895 kg m Saadaan seuraavat arvot: l rl / µev 87,9 64 58 b) nergiat saadaan suoraan eo taulukosta: 7 9 46

l l : abs 87,9 µev l l : abs (64 87,9) µev 76 µev hc otonien aallonpituudet ovat λ abs, 4cm ja,75 cm, vastaavasti abs Transitiossa l l + absorboituvan fotonin energia saadaan laskettua suoraan yhtälöstä abs ( l )( l ) l( l ) ( l ) I + + + + I +, missä l on alemman tason kvanttiluku k c) Värähtelytasojen energiaero on Δv ωo Jousivakio saadaan inonisidoksen μ potentiaalienergian lausekkeesta (ks opetusmoniste) e b p ( r) +, 4πε 9 r r seuraavasti Asettamalla potentiaalienergian derivaatta nollaksi tasapainoetäisyydellä r saadaan 8 b e r 6πε Sijoittamalla tämä potentiaalienergian lausekkeeseen ja kehittämällä potentiaalienergia Tylorin sarjaksi tasapainoaseman ympäristössä saadaan neliölliseksi termiksi (/) k( r r ) missä e k 4Nm πε o r Sijoittamalla tämä taajuuden lausekkeeseen saadaan Δ ωo 7meV v 4 a) Määritä elektronin kolme alinta energiatasoa,6 nm levyisessä yksiulotteisessa potentiaalilaatikossa b) Laske niiden fotonien energia ja aallonpituus, jotka emittoituvat transitioissa eo potentiaalilaatikon energiatasolta energiatasolle a) a,6 nm n n n, ja ma 9 4 π,545 J s 9,674 J,4 ev 9,9 kg,6 m

4 4,8 ev 9 9, 4 ev b) hν 9, 4 ev 4,78 ev 5, ev 5, ev fotoni 4 8 m 6,66 Js,998 hc λ s 7 nm 9 5,,6 J fotoni 5 Hiukkanen voi liikkua x-akselilla välillä [x, x ] Sen aaltofunktio on it Ψ xt, Cxe a) Määritä vakion C arvo siten, että aaltofunktio on normitettu b) Määritä todennäköisyys sille, että hiukkanen on välillä [x,4, x,6] a) Normitusehto: ΨΨdx Nyt aaltofunktio on Ψ ( xt, ) it Cxe, kun x, kun x < ja kun x > Normitusehto saa täten muodon josta C xdx, C x C Normitettu aaltofunktio on siis Ψ ( xt), xe it b) Todennäköisyys sille, että hiukkanen on välillä [,4,,6], on,6,6,6 x,6, 4 P x ΨΨ Δ dx x dx,5,4,4,4

6 a) Atomin palatessa viritetystä tilasta perustilaan fotoniemissiolla havaittiin emittoituvan - spektriviivan leveydeksi D @, 6 ev Mikä oli tilan elinaika? b) Laske vetyatomin rekyylienergia sähköisessä dipolitransitiossa d Æ p Heisenbergin yhtälöstä Δt / Δ 66 s b) Rekyylienergian on suurella tarkkuudella ( / c) γ M missä γ on fotonin energia ja M atomin massa Tässä transitioenergia on γ 9eV 4 9 9 Rekyylienergiaksi saadaan sijoittamalla,9 ev VAKIOITA 7 7 7 e p n 9 8 4 4 m 9, 9 kg m,675 kg m,6748 kg amu,665 kg e,6 C c,9979 m/s,545 Js μ B 9,7 JT - - 6 ε 8,8544 C N m Ke / 4πε μ,566 mkgc Km μ / 4π - - - γ 6,67 Nm kg N 6,5 mol R 8,4 JK mol k,85 JK A