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"

Dagny Merete Enger
7 år siden
Visninger:

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

2 Innhold Synkrotronstråling Bohrs atommodell og Kirchhoffs lover Optikk: Refleksjon, brytning og diffraksjon Relativitetsteori, spesiell og generell Kjernefysikk Partikkelfysikk

3 Synkrotronstråling

4 Ladede partikler som endrer hastighet vil stråle. I et magnetfelt må en ladet partikkel bevege seg bundet til magnetfeltlinjene. Partikler som går med nær lyshastighet sender ut synkrotronstråling i en smal stråle framover. Synkrotronstråling AST Stråling 4

5 AST Stråling 5

6 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.

7 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. AST Stråling 7

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

9 Hvilke baner er stabile? AST Stråling 9

10 Energisprang, bølgelengder og spektrallinjer i hydrogen Spektralserier i hydrogen. Energinivåer i hydrogen. 10

11 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. 11

12 Bohratomet og Kirchhoffs lover Bohr-atomet kaster lys over Kirchhoffs lover. Forklarer hvorfor: vi får emisjon og absorpsjon på særegne bølgelengder og ikke over alt i spekteret. Dette fordi DE = hn = hc/l hvert grunnstoff har sine egne spektrallinjer. emisjons- og absorpsjonslinjer har samme bølgelengde. Begge de to siste egenskapene bestemmes av energinivåene, dvs. atomets indre struktur. AST Stråling 12

13 Eksitasjon fulgt av linjestråling AST Stråling 13

14 Eksitasjon, stråling og temperatur Eksitasjon å løfte elektronet fra et lavt energinivå til et høyere nivå. Dette foregår på to måter: ved absorpsjon av et foton med nøyaktig riktig energi slik det er beskrevet foran, ved kollisjon med et fritt elektron i gassen utenfor atomet, der energi tas fra det fri elektronet og brukes til å løfte elektronet inne i atomet opp til et høyere energinivå. Den første måten gir ikke netto bidrag til strålingen: atomet sender ut stråling med samme energi som den som ble absorbert. Den andre måten tar bevegelsesenergi fra gassen av elektroner og denne energien sendes ut som stråling: stråles ut når elektronet faller til en lavere energitilstand. AST Stråling 14

15 Optikk

16 Dopplereffekt og hastigheter Når en lyskilde går bort fra oss (mot oss) blir bølgelengden til strålingen den sender ut lenger (kortere). Kalles Dopplereffekt. Fenomenet forekommer for alle bølger, også lydbølger. 16

17 Refleksjon og brytning

18 Linser

19 Parabolsk speil

20 Diffraksjon: Lys gjennom spalte

21 Relativitetsteori

22 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.

23 Samtidighet er relativt

24 Den mest berømte ligningen

25 Universets fartsgrense (?) E mc2 1 v 2 c 2

26 Hva med gravitasjon? F GMm r 2

28 Newtons 2. lov: F m t a Gravitasjonsloven : F GM g m g r 2 Det gir : a m g GM g m t r 2 Om akselerasjonen skal være uavhengig av massen : m g m t

30 Vektløs = fritt fall

31 Postulater i GR 1. Lysets hastighet er den samme for alle observatører. 2. Fysikkens lover er de samme for alle observatører.

34 Tidsstrekk (SR)

35 Tidsdilatasjon (GR)

36 GPS og Einstein

37 Kjernefysikk

38 Protoner og nøytroner bindes sammen av den sterke kjernekraften

40 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.

41 Betahenfall og svak kjernekraft

42 Partikkelfysikk

43 Kvarker

44 Krefter formidles av partikler

45 Mikroskop for partikkelfysikk

46 Standardmodellen

47 Behov for ny fysikk? Standardmodellen har ingen partikkel som kan være den mørke materien. Vi vet at nøytrinoer har masse. I standardmodellen er de masseløse. Standardmodellen inkluderer ikke gravitasjon. Standardmodellen forklarer ikke hvorfor massene til elementærpartiklene er så lave.

48 Neste forelesning: Om teleskoper

Like dokumenter

AST1010 En kosmisk reise

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