AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

Størrelse: px

Begynne med side:

Download "AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2"

Axel Klausen
6 år siden
Visninger:

1 AST1010 En kosmisk reise Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

2 De viktigste punktene i dag: Sorte legemer og sort stråling. Emisjons- og absorpsjonslinjer. Kirchhoffs lover. Synkrotronstråling Bohrs atommodell Dopplereffekten Optikk: Refleksjon, brytning og diffraksjon Relativitetsteori, spesiell og generell Kjernefysikk: Fusjon Partikkelfysikk: Materiens byggesteiner

3 Bare en del av strålingen når ned til jordoverflaten 3

4 Sort (eller termisk) stråling AST Stråling 4

5 Definisjon av sort legeme Et sort legeme absorberer all stråling som treffer det, og sender selv ut stråling med egenskaper som er fullstendig bestemt av dets temperatur. Eksempel: Et lite hull i en boks som har perfekt reflekterende vegger. Mange astrofysiske objekter, som stjerner, stråler tilnærmet som sorte legemer.

Strålingslover for sorte legemer Wiens forskyvningslov: l max = 2.

6 Strålingslover for sorte legemer Wiens forskyvningslov: l max = x 10 6 / T = c 1 /T Denne loven gir bølgelengden i nanometer der strålingen er maksimal, dersom T måles i kelvin. Stefan-Boltzmanns lov: F = s T 4 Gir den totale utstrålte effekt (energi per tidsenhet) per areal. 6

7 Wiens lov: Hvor er toppen? (dominerende farge/frekvens) AST Stråling 7

8 Strålingslover for sorte legemer Wiens forskyvningslov: l max = x 10 6 / T = c 1 /T Denne loven gir bølgelengden i nanometer der strålingen er maksimal, dersom T måles i kelvin. Stefan-Boltzmanns lov: F = s T 4 Gir den totale utstrålte effekt (energi per tidsenhet) per areal. 8

9 Stefan-Boltzmanns lov: Hvor mye stråling sendes ut? (areal under kurven) AST Stråling 9

10 Solas stråling vs. stråling fra sort legeme med samme temperatur 10

11 Spektrallinjer i solspekteret AST Stråling 11

12 Emisjonslinjer fra varm, tynn gass 12

13 Kirchoffs eksperiment AST Stråling 13

14 Kirchhoffs lover 1. Et varmt og tett objekt, gjerne en tett gass, sender ut et kontinuerlig spektrum. 2. En varm gass med lav tetthet sender ut sitt lys bare på noen få bølgelengder i form av emisjonslinjer lysende linjer. 3. Når lys med et kontinuerlig spektrum går gjennom en kjølig gass dannes absorpsjonslinjer i spekteret som har samme bølgelengde som de linjene gassen selv stråler ut. 14

15 Linjer i laboratoriet og i sola 15

16 Synkrotronstråling

17 Synkrotronstråling Ladede partikler som endrer hastighet vil stråle. I et magnetfelt må en ladet partikkel bevege seg bundet til magnetfeltlinjene. Partikler nær lysets hastighet sender ut synkrotronstråling i en smal stråle framover. 17

18 Synkrotronstråling var et problem for atomfysikerne Tidlig på 1900-tallet fikk man et bilde av atomet som elektroner i banerundt en positivt ladet kjerne. Problem: Ustabil situasjon. Elektronene ville stråle vekk energien sin og falle inn i kjernen.

19 Bohrs atommodell Gjør det mulig å forstå hvordan stråling dannes forklarer Kirchhoffs regler. Bygger på Rutherfords atommodell med en sentral kjerne omgitt av elektroner. Bohr postulerte at det finnes stabile baner der elektronene kan bevege seg uten å miste energi. 19

20 Bohratomets baner Hydrogenatom med elektronbanene som sirkler rundt kjernen. Til hver bane svarer en bestemt energi

21 Energisprang, bølgelengder og spektrallinjer i hydrogen Spektralserier i hydrogen. Energinivåer i hydrogen. 21

22 Andre atomer enn hydrogen Andre atomer er mer kompliserte: flere energinivåer, elliptiske baner Natrium som vises her, er mer komplekst enn hydrogen, men kan tilpasses en lignende modell. 22

23 Spektrallinjer fra sprang mellom energinivåer 23

24 Kontinuerlig spektrum fra frie elektroner som fanges inn Spektralserier i hydrogen. Energinivåer i hydrogen. 24

25 4OnBYrbCjY

26 Dopplereffekten

29 Optikk

30 Refleksjon og brytning

31 Linser

32 Parabolsk speil

33 Diffraksjon: Lys gjennom spalte

35 Relativitetsteori

36 SRs to postulater 1. Lyshastigheten er den samme for alle observatører. 2. Fysikkens lover er de samme for alle observatører i jevn, rettlinjet bevegelse i forhold til hverandre.

37 Den mest berømte ligningen

38 Energien til noe som beveger seg E = mc 2 1- v 2 c 2 E når v c

39 Hva med gravitasjon? Gjelder det kun masse, eller også energi? F = GMm r 2

41 Vektløs = fritt fall

42 Postulater i GR 1. Lysets hastighet er den samme for alle observatører. 2. Fysikkens lover er de samme for alle observatører. (mer generelt enn SR, hvor punkt 2 kun gjaldt observatører i jevn, rettlinjet bevegelse i forhold til hverandre)

44 Krumning av rommet Rett fram får ny betydning i nærheten av store masser/energier

45 Tidsstrekk (SR) Lyset går lenger vei sett utenfra Men lyshastigheten er den same Da bruker lyset mer tid sett utenfra

46 Tidsdilatasjon (GR) Gravitasjon påvirker også tid, ikke bare rommet.

47 Kjernefysikk

48 Protoner og nøytroner bindes sammen av den sterke kjernekraften

50 Fisjon og fusjon Fisjon: Tung atomkjerne brytes opp i to mindre. Fusjon: To lette atomkjerner går sammen og danner en tyngre. I begge tilfeller blir energien som frigis bestemt av E=mc 2.

51 Betahenfall og svak kjernekraft

52 Partikkelfysikk

53 Kvarker

54 Krefter formidles av partikler

55 Mikroskop for partikkelfysikk

56 Standardmodellen

57 Neste forelesning: Solsystemet: De indre planetene (Kap. 7 utsatt til senere i høst)

Like dokumenter

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2 AST1010 En kosmisk reise Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2 Innhold Synkrotronstråling Bohrs atommodell og Kirchhoffs lover Optikk: Refleksjon, brytning og diffraksjon Relativitetsteori, spesiell