AST1010 En kosmisk reise

Transkript

1 AST1010 En kosmisk reise Forelesning 4: Fysikken i astrofysikk, del 1 Mekanikk Termodynamikk Innhold Elektrisitet og magnecsme ElektromagneCske bølger 1

2 Mekanikk Newtons bevegelseslover Et legeme som ikke er påvirket av noen kreker, vil enten forbli i ro eller fortsele å bevege seg i en rel linje med konstant fart. KraK fører Cl akselerasjon: a = F / m. Hvis et legeme A virker på et legeme B med en krak F, vil legeme B virke på A med en krak som er like stor, men motsal relet. 2

3 Newtons gravitasjonslov Sola trekker på jorda : F SJ = GM S M J r 2 Gir jorda en akselerasjon i retning mot sola : a J = F SJ = GM S M J r 2 Fra Newtons tredje lov ser vi at jorda trekker på sola med en kraft som er like stor som F SJ, men motsatt rettet. Det gir sola en akselerasjon mot jorda gitt ved a S = F SJ = GM J << a M S r 2 J, siden M J << M S (<< betyr "mye mindre enn"). 3

4 Tyngdepunkt/massesenter Rotasjon: Banespinn L=rmv 4

5 Rotasjon: Egenspinn L=Iω NyLen av spinnbegrepet For et isolert system (et system som ikke er påvirket av ytre kreker) er spinnet bevart. Det vil si at det ikke endrer seg med Cden. Systemets indre struktur kan endre seg, men spinnet er det samme. 5

6 Spinnbevaring i astrofysikk Vil ha nyle av dele når vi ser på dannelsen av solsystemet, stjerner og galakser. Utgangspunktet er roterende skyer av gass som faller sammen på grunn av interne tyngdekreker. 6

7 Termodynamikk Makro vs. mikro I prinsippet kan vi beregne egenskapene Cl et system av mange parckler, for eksempel en gass, ved å løse bevegelsesligningene for hver enkelt parckkel det består av. I praksis er dele både umulig og unødvendig. Detaljert informasjon om hva hver enkelt parckkel gjør er unødvendig og uinteressant. Vi er interessert i egenskapene Cl systemet som helhet. Disse kan oppsummeres i størrelser som temperatur, trykk, volum etc. Grenen av fysikk som behandler dele kalles termodynamikk. Ved hjelp av sta/s/sk fysikk kan makroegenskapene relateres Cl de mikroskopiske frihetsgradene. 7

8 Temperatur Temperatur er et ulrykk for den midlere bevegelsesenergien Cl parcklene i en gass: K = 1 2 mv 2 = 3 2 kt Termisk likevekt Et system er i termisk likevekt dersom temperaturen er den samme i hele legemet. To legemer i kontakt med hverandre er i termisk likevekt dersom de har samme temperatur. Dersom temperaturen er forskjellig vil varme utveksles inncl de har samme temperatur. 8

9 8/25/14 Ideell gass P=NkT/V ElektromagneCsme 9

10 Elektrisk felt MagneCsk felt 10

11 Bevegelse i elektrisk og magnecsk felt 11

12 Maxwells ligninger (Overhodet ikke pensum!) 12

13 ElektromagneCsk bølge AST Stråling 25 Noen begreper i bølgefysikk Bølgelengde (λ): Lengden i rommet av en full svingning. Periode (P): Tid mellom passasje av to påfølgende bølgetopper på et gil sted i rommet. Frekvens (ν eller f ): Hvor raskt bølgen svinger på et sted i rommet (ν = 1/P) angil i svingninger per sekund (1 svingning pr. sekund = 1Hz). Bølgehas/ghet (v eller c): HasCgheten hele bølgemønsteret beveger seg med. Sammenheng: v = λ x (1/P) = λ x ν. AST Stråling 26 13

14 Bølgelengder og frekvenser Lyset går fort: c = 3 x 10 8 m/s i tomt rom. Bølgelengder: Nanometer (nm): 1 nm = 10-9 m. Ångstrøm (Å): 1 Å = m. Grønt lys: λ = 500 nm = 5000 Å. Frekvens av grønt lys: ν = c/λ som gir ν = 6 x Hz. Hz hertz er måleenhet for svingninger per sekund. AST Stråling 27 Det elektromagnecske spektrum 28 14

15 Bølgelengder fotoner energi AST Stråling 29 Bølgelengder og farger AST Stråling 30 15

16 Bare en del av strålingen når ned Cl jordoverflaten AST Stråling 31 Sort (eller termisk) stråling AST Stråling 32 16

17 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 Clnærmet som sorte legemer. Strålingslover for sorte legemer AST Stråling 34 17

18 Solas stråling vs. stråling fra sort legeme med samme temperatur AST Stråling 35 Spektrallinjer i solspekteret AST Stråling 36 18

19 Emisjonslinjer fra varme gasser AST Stråling 37 Kirchoffs eksperiment AST Stråling 38 19

20 Kirchoffs 3 regler 1. Et varmt og tel objekt, gjerne en tel gass, sender ut et koncnuerlig spektrum. 2. En varm gass med lav telhet sender ut sil lys bare på noen få bølgelengder i form av emisjonslinjer lysende linjer. 3. Når lys med et koncnuerlig spektrum går gjennom en kjølig gass dannes absorpsjonslinjer i spekteret som har samme bølgelengde som de linjene gassen selv stråler ut. AST Stråling 39 Linjer i laboratoriet og i sola 40 20

21 Neste forelesning Bohrs atommodell og Kirchoffs lover OpCkk RelaCvtetsteori Kjerne- og parckkelfysikk 21