Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

Samankaltaiset tiedostot
3. MATERIALISTISTEN HIUKKASTEN AALTOLUONNE

Aineen aaltoluonne. Yliopistonlehtori, TkT Sami Kujala. Kevät Harris luku 4. Mikro- ja nanotekniikan laitos

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

Kvanttifysiikan perusteet 2017

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

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

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

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Lisävaatimuksia aaltofunktiolle

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

766326A Atomifysiikka 1 - Syksy 2013

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

Luento 6. Mustan kappaleen säteily

Braggin ehdon mukaan hilatasojen etäisyys (111)-tasoille on

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

Suhteellisuusteoriasta, laskuista ja yksiköistä kvantti- ja hiukkasfysiikassa. Tapio Hansson

KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA

ja KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA

1 WKB-approksimaatio. Yleisiä ohjeita. S Harjoitus

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

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

Vapaan hiukkasen Schrödingerin yhtälö (yksiulotteinen)

S Fysiikka III (EST) Tentti ja välikoeuusinta

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

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

5.10. HIUKKANEN POTENTIAALIKUOPASSA

1. JOHDANTOA. Makroskooppinen aine koostuu atomeista ja molekyyleistä. Atomit koostuvat ytimestä ja elektroneista.

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 4 Kevät 2017

H7 Malliratkaisut - Tehtävä 1

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 2 Kevät 2017

Jakso 8: Monielektroniset atomit

Todennäköisyys ja epämääräisyysperiaate

Atomimallit. Tapio Hansson

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 TEKNIIKKA FYSIIKAN LABORATORIO V

3 SÄTEILYN JA AINEEN VUOROVAIKUTUS

Vapaat tilat. Yliopistonlehtori, TkT Sami Kujala. Kevät Harris luku 6. Mikro- ja nanotekniikan laitos

763306A Johdatus suhteellisuusteoriaan 2 Kevät 2013 Harjoitus 1

S Fysiikka III (Est) Tentti

Shrödingerin yhtälön johto

Aatofunktiot ja epätarkkuus

Tfy Fysiikka IIB Mallivastaukset

Työssä mitataan välillisesti elektronien taipumiskulmat ja lasketaan niiden sekä elektronin energian avulla grafiitin hilavakioita.

π yd cos 2 b) Osoita, että lauseke intensiteetille sirontakulman funktiona on I

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

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

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

Luento 15: Ääniaallot, osa 2

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Fysiikan laboratoriotyöt 2, osa 2 ATOMIN SPEKTRI

Aikariippuva Schrödingerin yhtälö

S Fysiikka IV (SE, 3,0 ov) S Fysiikka IV (Sf, 4,0 ov )

766326A ATOMIFYSIIKKA 1 - SYKSY 2017

Voima ja potentiaalienergia II Energian kvantittuminen

Ydin- ja hiukkasfysiikka 2014: Harjoitus 5 Ratkaisut 1

Fysiikan valintakoe klo 9-12

Kvanttifysiikka k-2006

Kvanttisointi Aiheet:

Bohr Einstein -väittelyt. Petteri Mäntymäki Timo Kärkkäinen

Röntgenkuvaus, digitaalinen kuvaus ja tietokonetomografia

Aineaaltodynamiikkaa

Kvanttimekaniikka. Tapio Hansson

Tilat ja observaabelit

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

Leptonit. - elektroni - myoni - tauhiukkanen - kolme erilaista neutriinoa. - neutriinojen varaus on 0 ja muiden leptonien varaus on -1

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

Ionisoiva säteily. Tapio Hansson. 20. lokakuuta 2016

Korkeammat derivaatat

Voima F tekee työtä W vaikuttaessaan kappaleeseen, joka siirtyy paikasta r 1 paikkaan r 2. Työ on skalaarisuure, EI vektori!

763105P JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 1 Ratkaisut 5 Kevät 2013

1. Tarkastellaan kaksiulotteisessa Hilbert avaruudessa Hamiltonin operaattoria

Atomi- ja ydinfysiikka -verkkokurssin toteuttaminen

LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ

Korkeammat derivaatat

Esitehtävä (ks. sivu 5) tulee olla tehtynä mittausvuorolle tultaessa!

Ratkaise tehtävä 1 ilman teknisiä apuvälineitä! 1. a) Yhdistä oikea funktio oikeaan kuvaajaan. (2p)

2. Fotonit, elektronit ja atomit

Linssin kuvausyhtälö (ns. ohuen linssin approksimaatio):

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

Synkrotronisäteily ja elektronispektroskopia. Tutkimus Oulun yliopistossa

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

Sidotut tilat. Yliopistonlehtori, TkT Sami Kujala. Kevät Harris luku 5. Mikro- ja nanotekniikan laitos

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 3, ratkaisut Maanantai

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI I Harjoitustehtäviä syksy Millä reaaliluvun x arvoilla. 3 4 x 2,

YLEINEN AALTOLIIKEOPPI

Säteily ja suojautuminen Joel Nikkola

Esimerkki: 2- atominen molekyyli. Korkeammat derivaatat 1/24/13. Jo kerran derivoitu funk6o voidaan derivoida uudelleen. Yleisemmin merkitään:

Työn tavoitteita. 1 Teoriaa

4. ATOMI. Kuva atomista?

Valon sironta - ilmiöt ja mallinnus. Jouni Mäkitalo Fysiikan seminaari 2014

Alkeishiukkaset. perushiukkaset. hadronit eli kvarkeista muodostuneet sidotut tilat

Kvanttimekaniikka: Luento 2. Mar$kainen Jani- Petri

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

LASKIN ON SALLITTU ELLEI TOISIN MAINITTU! TARKISTA TEHTÄVÄT KOKEEN JÄLKEEN JA ANNA PISTEESI RUUTUUN!

TRIGONOMETRISTEN FUNKTIOIDEN KUVAAJAT

Korkeammat derivaatat

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

MITEN SYNTYY MASSAN KASVU

PHYS-C0240 Materiaalifysiikka kevät 2017

SMG-4300: Yhteenveto ensimmäisestä luennosta

Transkriptio:

Jakso : Materiaalihiukkasten aaltoluonne. Teoriaa näihin tehtäviin löytyy Beiserin kirjasta kappaleesta 3 ja hyvin myös peruskurssitasoisista kirjoista. Seuraavat videot demonstroivat vaihe- ja ryhmänopeutta: http://www.youtube.com/watch?v=tlm9vq-bepa http://www.youtube.com/watch?v=hqwanktc_e Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai 7.5.3. T. (pakollinen): Luettele ilmiöitä tai kokeita (yhteensä ainakin kaksi), jotka osoittavat, että materiaalihiukkasella on aaltoluonne. T.: Elektronin de Broglie aallonpituus on 5, nm. Mikä on sen kineettinen energia? Tässä tapauksessa ei tarvitse ottaa huomioon suhteellisuusteoriaa. T.3: Elektroni kiihdytetään 5, kv:n jännitteellä. Mikä on sen de Broglie -aallonpituus? Käytä suhteellisuusteoriaa. Tehtävän T.4 tuloksista voi olla hyötyä. T.4: Osoita, että partikkelille, jonka lepomassa on m ja kineettinen energia K, de Broglie aallonpituus on hc K( K m c ) T.5: Laske vaihe- ja ryhmänopeus elektronille, jonka kineettinen energia on 5 kev. T.6: a) Hiukkasen lepomassa on m ja de Broglie aallonpituus λ. Osoita, että näiden hiukkasten vaihenopeus on: v p c mc h b) Laske vaihe- ja ryhmänopeus elektronille, jonka de Broglie aallonpituus on,. -3 m.

T.7: Neutronisuihku siroaa kiteen tasopinnan atomeista siten, että tulevan ja lähtevän suihkun välinen kulma on θ = 8,6 o, kun m = (eli on kyseessä ensimmäinen maksimi). Atomien välimatka on d =,9 nm. Laske neutronien kineettinen energia. (Oleta, että kaikilla neutroneilla on sama kineettinen energia.) Opastus: Huomaa, että tässä aallot heijastuvat pinnasta vierekkäisistä atomeista, ei materian sisällä olevista hilatasoista. Kuva sivulta: http://www.geocities.ws/anewlightinphysics/sections/section6-_davisson-germer_experiment.htm T.8 (pakollinen): Jos vetyatomin säde on 5,3. - m laske epätarkkuusperiaatetta käyttäen vetyatomin elektronin minimienergia (kineettinen). T.9 (pakollinen): Viritetyn tilan elinaika on -8 s. Viritetty tila purkautuu hiukkasen siirtyessä perustilaansa, jolloin emittoituu fotoni. Mikä on tämän fotonin energian ja taajuuden epätarkkuus? T.: (Tämän tehtävän tarkoitus on demonstroida sitä, miten hiukkasta voidaan kuvata aallolla.) Erästä hiukkasta voidaan kuvata alla olevan kuvan mukaisella aallolla. Vaaka-akselilla on x- koordinaati yksiköissä nm. Aaltofunktion yhtälö on x =, α =,5 (nm) ja k = 5 (nm) -. Aaltofunktio ψ,5 ( x) e ( xx ) / cos kx, missä,5-3 - - 3 -,5 Aaltofunktio ψ -

Hiukkasen esiintymistodennäköisyyttä eri paikoissa voidaan kuvata funktiolla ψ(x). Aaltofunktiota ei ole normitettu, joten alla olevassa kuvassa pystyakselilla olevat luvut eivät kuvaa todennäköisyyttä. ψ(x),,8,6,4, -3 - - 3 Tehtävä: Määritä epätarkkuus hiukkasen paikalle ja liikemäärälle. Opastus: Paikan epätarkkuudeksi voi ottaa funktion ψ(x) verhokäyrän puoliarvoleveyden. ( xx ) / Verhokäyrä: e on esitetty alla olevassa kuvassa. Puoliarvoleveys: Verhokäyrän (rajoittaman alueen) leveys siinä kohdassa, missä verhokäyrän arvo on puolet maksimiarvosta. Verhokäyrä,,8,6,4, -3 - - 3

Alla olevassa kuvassa ovat vielä kaikki kuvaajat samassa kuvassa.,,8,6,4, -, -,4 -,6 -,8 T. (pakollinen): Täytä osallistumislomake. Lomakepohjia jaetaan kesäkurssisalissa ja on myös täällä http://cc.oulu.fi/~hpulkkin/af/osallistumislomake.pdf

Teoriatehtäviä, jotka liittyvät tähän kappaleeseen Tenttiin tulevista teoriatehtävistä on vähintään kaksi suoraan teoriatehtävien luettelosta, josta nämä kysymykset ovat vain osa. Nämä on laitettu tähän siksi, että näistä on hyvä keskustella opintopiirissä jo tässä vaiheessa. TT 5: Materia-aallot (de Broglie aallonpituus, vaihenopeus ja ryhmänopeus, materia-aaltojen diffraktio...) TT 6: Heisenbergin epätarkkuusperiaate TT 33: Millä tavoin atomi on vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa? (Huom! Tämä kysymys on hyvin laaja. Rajaa tätä, jos koet sen tarpeelliseksi, mutta kerro, miten rajasit. Ydinreaktioita ei tarvitse käsitellä tässä tehtävässä.) Tässä vaiheessa kurssia ei ole tarkoitus osata vastata tähän kysymykseen täydellisesti tai edes puoliksikaan. Tätä tehtävää on tarkoitus miettiä kurssin kuluessa tietämyksen kasvaessa. Jakso : Vastauksia T.:,6 ev T.3: 5,4 pm T.5:,6c,,863c T.6: b) v p =,85c, v g =,9995c T.7:,43 ev T.8: 3,4 ev T.9: 5,7. -7 J, 8,. 6 Hz T.: Kuvaajasta: Δx =, nm, Δp = 4,4. -6 kgm/s Tulokset saa myös laskemalla: x ln p 4 ln