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



Samankaltaiset tiedostot
1. Oletetaan, että protonin ja elektronin välinen vetovoima on verrannollinen suureeseen r eikä etäisyyden neliön käänteisarvoon

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

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

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

S , Fysiikka IV (ES) Tentti

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

S FYSIIKKA IV (ES), Koulutuskeskus Dipoli, Kevät 2003, LH4. Bohrin vetyatomimallin mukaan elektronin kokonaisenergia tilalla n on. n n.

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

i ni 9 = 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6, k k

Kvanttifysiikan perusteet 2017

dx = d dψ dx ) + eikx (ik du u + 2ike e ikx u i ike ikx u + e udx

S Fysiikka III (EST) Tentti ja välikoeuusinta

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

η = = = 1, S , Fysiikka III (Sf) 2. välikoe

Klassisen fysiikan ja kvanttimekaniikan yhteys

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

RATKAISUT x 2 3 = x 2 + 2x + 1, eli 2x 2 2x 4 = 0, joka on yhtäpitävä yhtälön x 2 x 2 = 0. Toisen asteen yhtälön ratkaisukaavalla saadaan

( ) k 1 = a b. b 1) Binomikertoimen määritelmän mukaan yhtälön vasen puoli kertoo kuinka monta erilaista b-osajoukkoa on a-joukolla.

Tilastollinen todennäköisyys

Magneettiset materiaalit ja magneettikentän energia

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 1, ratkaisut Maanantai

LIITTEET Liite A Stirlingin kaavan tarkkuudesta...2. Liite B Lagrangen kertoimet...3

tilavuudessa dr dk hetkellä t olevien elektronien

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

Koska elektronin oletetaan olevan perustilassa sen ionisaatioenergia on 13,6 ev:

Työ 55, Säteilysuojelu

Kuva 1: Etäisestä myrskystä tulee 100 metrisiä sekä 20 metrisiä aaltoja kohti rantaa.

3 x < < 3 x < < x < < x < 9 2.

S Fysiikka IV (Sf) tentti

Valo-oppia. Haarto & Karhunen.

xe y = ye x e y + xe y y = y e x + e x y xe y y y e x = ye x e y y (xe y e x ) = ye x e y y = yex e y xe y e x = x 3 + x 2 16x + 64 = D(x)

F e. R kertaa ioniparien lukumäärä N. Kun laskemme tämän yhteen Coulombin attraktioenergian kanssa saamme kiteen kokonaisenergiaksi.

9.7 Matriisinormit. Vaasan yliopiston julkaisuja 225. Ei siis lainkaan ongelmia defektiivisyydestä.

2 avulla. Derivaatta on nolla, kun. g( 3) = ( 3) 2 ( 3) 5 ( 3) + 6 ( 3) = 72 > 0. x =

Analyysi A. Harjoitustehtäviä lukuun 1 / kevät 2018

****************************************************************** ****************************************************************** 7 Esim.

HY, MTL / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIb, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

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

T Datasta tietoon, syksy 2005 Laskuharjoitus 8.12., ratkaisuja Jouni Seppänen

Äärettämän sarjan (tai vain sarjan) sanotaan suppenevan eli konvergoivan, jos raja-arvo lims

Insinöörimatematiikka IA

3 x < < 3 x < < x < < x < 9 2.

ja läpäisyaika lasketaan (esim) integraalilla (5.3.1), missä nyt reitti s on z-akselilla:

1. osa, ks. Solmu 2/ Kahden positiivisen luvun harmoninen, geometrinen, aritmeettinen ja + 1 u v 2 1

1 a) Eristeiden, puolijohteiden ja metallien tyypilliset energiakaistarakenteet.

EX1 EX 2 EX =

Kiinteätuottoiset arvopaperit

Luku 10 Intertemporaalinen valinta

S , Fysiikka III (Sf) tentti/välikoeuusinta

Ydin- ja hiukkasfysiikka: Harjoitus 1 Ratkaisut 1

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 5 (6 sivua)

S , Fysiikka III (Sf) tentti/välikoeuusinta

Noora Nieminen. Hölderin epäyhtälö

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

Matematiikan tukikurssi

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

Luento 7 Luotettavuus Koherentit järjestelmät

MAOL-Pisteitysohjeet Fysiikka kevät 2011

Alkuräjähdysteoria. Kutistetaan vähän...tuodaan maailmankaikkeus torille. September 30, fy1203.notebook. syys 27 16:46.

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

= 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6,

n = = RT S Tentti

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

S , Fysiikka III (S) I välikoe Malliratkaisut

4.7 Todennäköisyysjakaumia

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

ν = S Fysiikka III (ES) Tentti Ratkaisut

Laajennetaan lukualuetta lisäämällä murtoluvut

Matematiikan tukikurssi

Puolijohdekomponenttien perusteet A Ratkaisut 5, Kevät Ideaalisen normaalimoodin pnp-transistorin kollektorivirta on.

S Fysiikka III (EST), Tentti

t P1 `UT. Kaupparek. nro Y-tunnus Hämeenlinnan. hallinto- oikeudelle. Muutoksenhakijat. 1( UiH S<

MAOL-Pisteitysohjeet Fysiikka kevät 2007

Otantajakauma. Otantajakauman käyttö päättelyssä. Otantajakauman käyttö päättelyssä

0. perusmääritelmiä 1/21/13

Luento 6 Luotettavuus Koherentit järjestelmät

Fysiikan valintakoe klo 9-12

811312A Tietorakenteet ja algoritmit, , Harjoitus 4, Ratkaisu

Matematiikan tukikurssi

TIIVISTELMÄRAPORTTI (SUMMARY REPORT)

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 4 / vko 40

RATKAISUT: 15. Aaltojen interferenssi

Todennäköisyys, että yhden minuutin aikana saapuu 2 4 autoa.

Tehtäviä neliöiden ei-negatiivisuudesta

Tehtävä 1. Voidaanko seuraavat luvut esittää kahden neliön summina? Jos voidaan, niin kuinka monella eri tavalla? (i) n = 145 (ii) n = 770.

Puolijohteet II. luku 2 ja 4

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

Oppimistavoite tälle luennolle

Luku 6 Kysyntä. > 0, eli kysyntä kasvaa, niin x 1. < 0, eli kysyntä laskee, niin x 1

Matematiikan tukikurssi. Kertausta 1. välikokeeseen. Tehtävät

Fysiikka 1. Coulombin laki ja sähkökenttä. Antti Haarto

1 Eksponenttifunktion määritelmä

53 ELEKTRONIN SUHTEELLISUUSTEOREETTINEN LIIKE- MÄÄRÄ

766320A SOVELTAVA SÄHKÖMAGNETIIKKA, ohjeita tenttiin ja muutamia teoriavinkkejä sekä pari esimerkkilaskua

Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkiratkaisut 5 / vko 12

4πε. on molekyylin ionisaatioenergia eli energia, joka vaaditaan elektronin siirtämiseen K:lta Cl:lle. (a) Potentiaalin attraktiivinen osa on 2

S Fysiikka IV (ES) Tentti

Tilastollinen päättömyys, kevät 2017 Harjoitus 5b

Transkriptio:

S-114.46 Fysiikka V (Sf) Tetti 16.5.00 välikokee alue 1. Oletetaa, että protoi ja elektroi välie vetovoia o verraollie suureesee r ( F =- kr) eikä etäisyyde eliö kääteisarvoo ( F =-k / r ). Käytä kulaliikeäärä kvatittuissäätöä ja osoita, että statioääriste ratoje säteet ovat r =! / / d ki 1 ja että eergiat ovat E =!w, issä w o assa oaava hiukkase kiertoliikkee kulataajuus tässä voiaketässä. Bohri alli kvatisoitiehto o L =!; = 0, 1,,,... (1) Jos oletae rada ypyrä uotoiseksi! L =! = rvfi v=. () r Tasaiselle ypyräliikkeelle pätee (sijoitetaa lopuksi yhtälö ()) v!! kr = = r r =. () r r Ratkaisealla r!! r k k = fi = F H G K J 1/. (4) Merkitseällä oskillaattori kulataajuutta w = k / saadaa kokoaiseergiaksi: E = 1 v + 1 kr = kr = k! k =! k / =! w, (5) issä käytettii toistaisee yhtälöä (). Voidaa osoittaa, että eksakti kvattiekaaie ratkaisu o F H K E = +!w, issä ( / )!w o s. ollapiste-eergia. Huoaa, että yös haroie oskillaattori toteuttaa viriaaliteoreea, joka yleisessä uodossa kirjoitetaa Eki = 1 V r (6) klassisessa ekaiikassa tarkoittaa aikakeskiarvoa ja kvattiekaiikassa ao suuree odotusarvoa. Voidaa osoittaa, että teoreea (6) yleistys johtaa reaalikaasu tilayhtälö uotoo

F 1 pv = RT + ij ij  F r kaikki parit KJ ave issä ave tarkoittaa aikakeskiarvoa.. Tarkastellaa 0,100 rötgefotoi sekä 0,66 MeV gaafotoi (17Cs-isotoopi lähettää gaasäteily) Copto-sirotaa vapaasta elektroista 90 kulassa tulosuutaa ähde. Laske kuassaki tapauksessa a) aallopituude Copto-siirtyä, b) elektroi saaa liike-eergia. c) Vertaa toisiisa tuleva fotoi suhteellista eergia eetystä kuassaki tapauksessa. λ x = 0,100, Eγ = 0,66 MeV, θ = 90. a) Copto-siirtyä o 4 h 6,66 10 Js λ = ( 1 cosθ) 1 8 ( 1 cos 90 ), 4 p c e 9,109 10 kg,998 10 s kuassaki tapauksessa. hc hc b) Eergia säilyislaista saadaa Eek = Efot E fot =, josta edellee λ λ 1 1 hc λ Eek = hc = λ λ+ λ λ λ+ λ E ek ( ) 4 8 6,66 10 Js,998 10 10 10 1 Rötgefotoi: 1,00 10 ( 1,00 10 +,46 10 ) 17 4,706 10 J 9,7 ev 94 ev 4 8 hc 6,66 10 Js,998 10 s Gaafotoi: λ = 1,87 p 19 66 10 1,601 10 J E ek E γ 4 8 6,66 10 Js,998 10 14 5 5,985 10 J,76 10 ev 74 kev 1, 46 10 s,46 10 1 ( ) s 1 1 1 1,87 10 1,87 10 +, 46 10 hc 1, 99 10 ev c) Rötgefotoi: Ex = 1,99 kev λ 10 x 1,00 10 Ex Eekx 0, 97 kev =,69 10,7% Ex Ex 1,99 kev Eγ E ek 7,6 Gaafotoi: 0,5644 56, 4% E = γ E kev 66 kev γ γ 6

Mitä suurepi fotoi eergia, sitä suurepi suhteellie eergiauutos.. Tarkastellaa oraalia Zeea efektiä vedy sähköisessä dipolitrasitiossa p 1s. Oletetaa, että sekä spiageettie oetti, että spi-ratavuorovaikutus voidaa jättää huoiotta. a) Mitkä ovat p eergiataso ageettiste alitiloje eergiat? b) Mitkä ovat sallitut trasitiot ja äide eergiat? Mageettivuo tiheys o,0t. a) Spiageettise oeti ja ulkoise ketä vuorovaikutus huoiooottae p-taso jakautuu kuutee alitasoo joide eergiat saadaa yhtälöstä R E = + µ BBl + µ BgSBs (1)

issä R 1.6 ev o Rydbergi vakio (vedy perustila oiaiseergia itseisarvo), e g S =, 004 o elektroi gyroageettie suhde, µ B =! Bohri agetoi ja ageettiset kvattiluvut voivat saada arvot l = 1,0, + 1 ja S = 1/, + 1/. Yleisesti saae siis e kuusi eri eergia arvoa, äistä tosi kaksi hyvi lähellä toisiaa, koska gyroageettie suhde o hyvi lähellä arvoa (ks. kuva). b) Dipoli-valitasääöt o esitetty oheisessa kuvassa. Trasitio kokoaiseergia = alku- ja loppuelektroitiloje eergioide erotus. Koska sähköisissä dipolitrasitioissa spi-tila ei voi uuttua eergiassa (1) voidaa spii ja ulkoise ketä vuorovaiktus uohtaa se o yhtä suuri trasitio alku. ja lopputilassa. Saae siis eittoituvie fotoie eergioiksi (B =,0 T) R R E E E = = µ B = R 0.116eV 1 4 i f B l l välikokee alue 4. Jos olekyylillä o kaksi yhtä suurta päähitausoettia ( 1 x- ja y-suuissa), ii se rotaatioeergiaoperaattori o " H" L 1F 1 1 L" rot = + - z. (1) 1 1KJ Laske rotaatiotiloje väli, ku a) = 0. 81 ja = 1. 1. Piirrä eergiatasot yksiköissä! / 1. Katsotaa aluksi ite tehtävä Haliltoi o johdettu. Klassie pyöriiseergia o pyörähdysellipsoidille Lx L y Lz 1 Lz L 1 1 1 rot = + + = ( x + y ) + = + z 1 1 1 1 1 E L L L. Tästä uodostetaa Hailtoi korvaaalla liikeäärät vastaavilla kvattiekaaisilla operaattoreilla. Vetyatoi eergiatasoje yhteydessä olee osoittaeet, että palloharoiset fuktiot Y l bq, fgovat operaattoreide L " ja L " z yhteisiä oiaisfuktioita: " LYl = ll b +1g! Yl. () LY " z l=! Yl Jälkiäisestä yhtälöstä seuraa, että palloharoit ovat yös operaattori Lz " oiaisfuktioita: LY " z l =! Y l. Yhtälöstä () huoataa, että palloharit ovat yös Hailtoi (1) oiaisfuktioita :

L NM F " L 1 1 1 L" ll+ 1 1 1 1 + - Y = + - 1 1 KJ O QP F Rataatioeergiat ovat siis L N M b g ll+ El =! 1 1 1 1 + - 1 1 L N M b! g F KJ O Q P. () O KJ Q P z l Yl 1 1 issä l = 01,,,,.. ja =-l, - l+ 1,.., l-1, l. Yksiköissä! / 1 eergia voidaa esittää uodossa : (Eergiat o piirretty oheisee kuvaa) L NM b g O! / NM b g QP! /. 1 a) = 08. 1 El = l l+ 1 + 1 4 QP L 1 O b) = 1, 1 El = l l+ 1-1 6 5. LiF olekyylissä oleva ioisidokse potetiaalieergia voidaa esittää uodossa 6 E () r =- z e /( 4pe r) + be -d/ r (1) p -1 0 -ar issä a=. 5Å, b = 895eV ja d=.68 evå 6 ja z ioie varaus. Laske LiF olekyyli dissosiaatioeergia eutraaleiksi Li ja F atoeiksi ku tiedetää, että litiui ioisaatioeergia o 5.9 ev ja fluori elektroiaffiiteetti.45 ev ja LiF olekyyli tasapaioetäisyys r 0 = 154. Å.

Yhtälö (1) kuvaa ioie potetiaalieergiaa. Lasketaa tää eergia aluksi tasapaioetäisyydellä ja seuraavaksi ytiie ollessa äärettöä kaukaa toisistaa. Jälkiäisessä tapauksessa potetiaalieergia (1) o olla. Eergia joka tarvitaa hajottaaa LiF olekyyli Li + ja F - ioeiksi o siis (potetiaalieergia äärettöyydessä - potetiaalieergia tasapaioetäisyydellä) - Ep ( r0 ) = 5. 09eV Seuraavaksi o ioit uutettava eutraaleiksi atoeiksi. Ku aae Li + ioille yhde elektroi, joka oli aluksi vapaaa (kieettie eergia = 0) saae eergiaa 5.9 ev, koska tää o juuri se eergia joka tarvitaa irroittaaa uloi elektroi Li atoista - eli ioisaatioeergia. Lopuksi eidä otettava yliääräie elektroi pois F - ioilta. Tähä tarvittavaa eergiaa saotaa elektroiaffiiteetiksi (se o siis yleisesti joki egatiivise ioi uloia elektroi ioisaatioeergia). Tähä tarvitaa siis eergiaa.45 ev. Tarvittava kokoaiseergia o siis 5.09eV-5.9eV+.45eV=.15eV. 6. Osoita, että tight bidig aaltofuktio y ( x)= f x-x e esittää uodossa y k af= x e u k ( x), issä uk x a u x k  b g o Blochi tila ts. voidaa + = k a f a f. Voie kirjoittaa tight bidig aaltofuktio uodossa ψ ( x) = e x x e ( ) = e u x ik x x φ( ) ( ). k k issä ( ) ik x x u ( ) ( ) k x = φ x x e o s. atoie Blochi fuktio. Osoitae, että u ( x+ a) = u ( x) : k k

ik( x+ a x) ik( x x u x+ a = φ x+ a x e = φ x x e 1 ) ( ) ( ) ( 1) (1) k issä käytie x = ( 1) a. Käytäe yt hyväksi s periodista reuaehtoa, joka ukaa kiderakee toistuu aia N: atoi pituisia jaksoia. Tällöi hilapaika x 0 = a ajatellaa vastaava jakso viieistä hilapaikkaa N. Suaideksi 1 käy siis läpi kaikki hilapaikat, jote voie kirjoittaa ik( x x 1) ik( x x u ) k ( x a) φ( x x 1 ) e + = = φ( x x) e = uk( x) () eli tight bidig aaltofuktio toteuttaa Blochi teoreea. Edelläaiittua periodista reuaehtoa voi perustella yös site, että koska N o erittäi suuri luku (kiteessä o kussaki diesiossa iljooa atoia illietriä kohde) yhde hilapaika siirrokse aiheuttaa virhe o erkityksettöä piei koko aaltofuktiota ajatelle. Käää VAKOTA 1 7 7 7 e = p = = = 9,1091 10 kg 1, 675 10 kg 1, 6748 10 kg au 1, 6605 10 kg 19 8 4 4 1 c! µ B e = 1, 601 10 C =, 9979 10 /s = 1, 0545 10 Js = 9, 7 10 JT 1-1 - 6 0 = Ke = 0 0 = K = 0 ε 8,8544 10 C N 1/ 4πε µ 1, 566 10 kgc µ / 4π 11 1-1 -1-1 A γ = 6, 670 10 N kg N = 6, 05 10 ol R = 8, 14 JK ol k=1,805 10 JK