FYS2140 Kvantefysikk, Obligatorisk oppgave 3. Nicolai Kristen Solheim, Gruppe 2

Like dokumenter
FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 3. Sindre Rannem Bilden,Gruppe 4

Obligatorisk oppgave nr 5 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag for Oblig 2

Vannbølger. 3. Finn gruppehastigheten (u), ved bruk av EXCEL, som funksjon av bølgetallet k ( u = 2π ). Framstille u i samme diagram som c.

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Torsdag 16. august 2018

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 2. Lars Kristian Henriksen Gruppe 3

Enkel introduksjon til kvantemekanikken

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 2. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 3

Obligatorisk oppgave nr 4 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

FYS2140 Kvantefysikk, Obligatorisk oppgave 10. Nicolai Kristen Solheim, Gruppe 2

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen i: FYS145 - Kvantefysikk og relativitetsteori Eksamensdag: Mandag 10. mai 2004, kl (3 timer)

Fourier-analyse. Hittil har vi begrenset oss til å se på bølger som kan beskrives ved sinus- eller cosinusfunksjoner

Mandag Institutt for fysikk, NTNU TFY4160/FY1002: Bølgefysikk Høsten 2006, uke 36

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

FYS2130 Svingninger og bølger, Obligatorisk oppgave C. Nicolai Kristen Solheim

Kan vi lære litt kvantefysikk ved å lytte til noen lydprøver? Arnt Inge Vistnes Fysisk institutt, UiO

Eksamen i GEOF330 Dynamisk Oseanografi. Oppgave 1: Stående svingninger

FYS2140 Kvantefysikk, Obligatorisk oppgave 2. Nicolai Kristen Solheim, Gruppe 2

10 6 (for λ 500 nm); minste størrelse av

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

Eksamen i fag FY1004 Innføring i kvantemekanikk Fredag 30. mai 2008 Tid: a 0 = 4πǫ 0 h 2 /(e 2 m e ) = 5, m

0.1 Kort introduksjon til komplekse tall

Siste uke, mai

Eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Torsdag 3. juni 2010

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Tirsdag 29. mai 2018

Kommentarer til Oppgave 1b) og e) av Yvonne Rinne & Arnt Inge Vistnes

REPETISJON FYS2140. Susanne Viefers. Fysisk Institutt, Teorigruppa. REPETISJON FYS2140 p.1/31

Eksamen i fag FY1004 Innføring i kvantemekanikk Tirsdag 22. mai 2007 Tid:

UNIVERSITETET I OSLO

Bølgerenna p. Hensikt. varierende frekvens og amplitude kan genereres via en signalgenerator og

Løsningsforslag til ukeoppgave 12

Løsningsforslag til ukeoppgave 15

Kondenserte fasers fysikk Modul 4

Kapittel 7 Atomstruktur og periodisitet Repetisjon 1 ( )

FYS2130 Svingninger og bølger, Obligatorisk oppgave I. Nicolai Kristen Solheim

Kinematikk i to og tre dimensjoner

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 4: Elektromagnetisk stråling

Kinematikk i to og tre dimensjoner

6 Numeriske likningsløsere TMA4125 våren 2019

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

TFY4215_S2018_Forside

Obligatorisk innlevering 3 - MA 109, Fasit

EKSAMEN I FAG SIF 4014 FYSIKK 3 Onsdag 13. desember 2000 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 14 1 LØSNING ØVING 14. ψ 210 z ψ 100 d 3 r a.

Øving 4. a) Verifiser at en transversal bølge som forplanter seg langs x-aksen med utsving D med komponentene

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 8. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 4

Lys. Bølger. Partiklar Atom

UNIVERSITETET I OSLO

FY1006/TFY Øving 3 1 ØVING 3. Gjør unna så mye du kan av dette før veiledningstimene, slik at disse kan brukes på utfordringene i denne øvingen.

11. september Institutt for geofag Universitetet i Oslo. GEO En Introduksjon til MatLab. Kapittel 5 (del 2) Ada Gjermundsen

Institutt for fysikk. Eksamen i TFY4215 Innføring i kvantefysikk

VÅREN Oppgave II. b) Hamilton-operatoren for en partikkel med masse m på en ring med radius r er gitt ved

FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk, - Ekstraøving 2 1. Ekstraøving 2. = 1 2 (3n2 l 2 l), = 1 n 2, 1 n 3 (l ), 1 n 3 l(l + 1.

FYS 2150.ØVELSE 13 MAGNETISKE FENOMENER

UNIVERSITETET I OSLO

FY1001/TFY4145 Mekanisk fysikk Høsten 2014 Vannbølger i bølgerenna Filmene (MP4) er spilt inn med 100 fps (frames per second). Mange mediaspillere (so

UNIVERSITETET I OSLO

Obligatorisk oppgave nr 3 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 11. Sindre Rannem Bilden og Gruppe 4

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantefysikk, Mandag 3. juni 2019

Er naturkonstantene konstante?

AST1010 En kosmisk reise

TMA Kræsjkurs i Matlab. Oppgavesett 1/3

AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: Elektromagnetisk bølge 1/23/2017. Forelesning 4: Elektromagnetisk stråling

Kondenserte fasers fysikk Modul 2

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Kapittel Oktober Institutt for geofag Universitetet i Oslo. GEO En Introduksjon til MatLab. Kapittel 14.

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Mandag 2. juni 2008 kl

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Våren Løsningsforslag til øving 8.

Formelsamling. ξ(r, t) = ξ 0 sin(k r ωt + φ) 2 ξ(x, t) = 1 2 ξ(x, t) t 2. 2 ξ. x ξ. z 2. y ξ. v = ω k. v g = dω dk

UNIVERSITETET I OSLO

Kollokvium 4 Grunnlaget for Schrödingerligningen

Emne 10 Litt mer om matriser, noen anvendelser

Her følger en kort oppsumering av oppgavene som skal gjøres i denne laboratorieøvelsen:

5.5 Komplekse egenverdier

EKSAMEN FAG TFY4160 BØLGEFYSIKK OG FAG FY1002 GENERELL FYSIKK II Onsdag 8. desember 2004 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

Figur 1: Skisse av Franck-Hertz eksperimentet. Hentet fra Wikimedia Commons.

Eksamen i TFY4170 Fysikk 2 Mandag 12. desember :00 18:00

Frå klassisk mekanikk til kvantemekanikk: Litt bakgrunn/historie

Løsningsforslag Eksamen 27. mai 2005 FY2045 Kvantefysikk

EKSAMEN I FAG SIF4065 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Fakultet for naturvitenskap og teknologi 13. august 2002 Tid:

UNIVERSITETET I OSLO

MAT UiO mai Våren 2010 MAT 1012

EKSAMEN FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Fredag 3. desember 2010 kl

Løsningsforslag til øving 4

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår Kandidat 11

Fysikkolympiaden 1. runde 29. oktober 9. november 2007

Denne ligninga beskriver en udempet harmonisk oscillator. Torsjons-svingning. En stav er festet midt på en tråd som er festet i begge ender.

Midtsemesterprøve Bølgefysikk Fredag 10. oktober 2008 ca kl

Midtsemesterprøve Bølgefysikk Fredag 10. oktober 2008 ca kl

Midtsemesterprøve Bølgefysikk Fredag 10. oktober 2008 ca kl

MAT1110: Obligatorisk oppgave 2, V Løsningsforslag

TFY4215 Innføring i kvantefysikk - Øving 2 1 ØVING 2. Krumningsegenskaper for endimensjonale energiegenfunksjoner

Oblig 3 i FYS mars 2009

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår Ditt kandidatnummer

Atomfysikk og kausallov

Atomfysikk og kausallov

x F B/2 A w L=220m MATLAB Numerisk integrasjon

Lydproduksjon. t.no. ww ww.hin. Forelesning 1 Introduksjon Lyd og bølger MMT205 - F1 1

Transkript:

FYS2140 Kvantefysikk, Obligatorisk oppgave 3 Nicolai Kristen Solheim, Gruppe 2

Obligatorisk oppgave 3 Oppgave 1 a) Fra Bohrs formel for energinivåene i H-atomet kan vi vise at det emitterte lyset vil ligge utenfor det synlige området ved alle overganger til det laveste nivået (Lyman-serien). For et hydrogenatom H, kan vi anta at hvor 1.0967757 10 er Rydbergkonstanten for hydrogen. Med dette utgangspunktet kan vi finne for 2, 3 [...] og. For 1, 2 1 1.215 10 1215 Å, hvor 1Å 10 For 1, 3 1 1.025 10 1025 Å For 1, 4 1 9.72 10 972 Å For 1, 4 1 9.72 10 Side 1 av 8

972 Å For 1, lim 1 9.11 10 911 Å Fra dette ser vi at det emitterte lyset vil ligge utenfor det synlige området definert ved 4000 7000 Å. Bølgelengdene vil alså ligge mellom 911 1215 Å ved overgang til laveste nivå. b) Dersom vi nå betrakter Balmer-serien, kan vi finne den korteste og lengste bølgelengden ved overganger til det nest laveste nivået. Vi løser her for 3 og. 2. For 2, 3 6.564 10 6564 Å For 2, lim 3.647 10 3647 Å Dette gir at den lengeste 6564 Å, mens den korteste 3647 Å. c) Videre kan vi finne hvor mange spektrallinjer som ligger i det synlige området i Balmerserien. Vi må da løse for til 4000 Å. For 2, 4 4.862 10 Side 2 av 8

4862 Å For 2, 5 4.342 10 4342 Å For 2, 6 4.102 10 4102 Å For 2, 7 3.971 10 3971 Å Fra dette ser vi at ligger i det synlige området for lik 3, 4, 5 og 6. Dette gir at vi har fire spektrallinjer som befinner seg mellom 4000 7000 Å i Balmer-serien. Side 3 av 8

Oppgave 2 a) Vi skal i denne oppgaven betrakte et fysisk system beskrevet av bølgelingninger som tillater cos som løsninger, der sirkelfrekvensen er en reell funksjon av bølgetallet, kalles for et lineært, dispersivt system. Funksjonen kalles for dispersjonsrelasjonen til systemet. Vi skal begynner med å vise at dispansjonsrelasjonen for frie, relativistiske elektronbølger er gitt ved der er elektronets hvilemasse. Vi tar utganspunkt i da vi må regne relativistisk. Tilsvarende, er frekvensen til en materiebølge gitt ved. Samtidig kan vi definere 2 og. Vi tar utgangspunkt og. Dette viser at dispersjonsrelasjonen for frie, relativistiske elektronbølger er gitt ved. b) Videre kan vi finne et uttrykk for fasehastigeten og gruppehastigheten til disse bølgene. Vi tar utgangspunkt i. Tilsvarende, så har vi., Side 4 av 8

Fra dette har vi funnet fasehastigheten og gruppehastigheten. Videre kan vi løse for og se at dette er uavhengig av. Dette viser at er konstant og er uavhengig av. c) Fra uttrykket for, ser vi at. Dette bryter likevel ikke med den spesielle relativitetsteorien fordi partikkelen ikke fører med seg noe informasjon. Vi ser også at, som betyr at enhver partikkel i denne gruppen beveger seg i henhold til den spesielle relativitetsteorien. Så siden en gruppe har fart, vil alltid uten at dette bryter med spesiell relativitetsteori. Side 5 av 8

Oppgave 3 a) Dersom vi legger sammen to sinusbølger, vil de superponere/interferere. Vi kan enkelt vise hva vi legger i dette dersom vi anvender MATLAB for to vilkårlige sinusfunksjoner. Vi har for de følgende figurene brukt sin0.6 og sin0.7, hvor 1. Disse er relativt ekle funksjoner, og er kun brukt for å demonstrere hva som skjer dersom to funksjoner med tilnærmet lik frekvens legges sammen. Figur 1: og plottet separat. I figuren over har vi plottet de to sinusfunksjonene hver for seg. Dersom vi nå superponerer dem, altså legger dem sammen, vil vi få ett plott. Side 6 av 8

Figur 2: Superponert bølge,. Fra figuren over ser vi hvordan resultatet blir dersom de to sinusfunksjonene blir lagt sammen. Måten vi kan tolke de to delene av denne funksjonen på er at de påvirker hverandre, noe som vi kaller interferens. Det vil si at de enten forsterker eller svekker hverandre. b) Vi bruker videre fasegruppe.m for å animere en superponert bølge. Dette gir hva vi ser i figur 3 da riktignok animert. Side 7 av 8

Figur 3: Den animerte, superponerte bølgen. Fra animasjonen kan vi se forholdet mellom fasehastigheten og gruppehastighet. Det vi med en gang kan påpeke er at det kun er det ene av plottene som antyder til gruppehastighet. Utover det ser vi at den superponerte bølgen utbrer seg med en annen fasehastighet enn fasehastigheten til de enkelte bølgene hver for seg. Det kommer av forskjellig bølgetall, og på den måten blir bølgene enten forsterket eller svekket av hverandre. Det er dette vi ser i den superponerte bølgen, og som et resultat av dette dannes det en rekke grupper som hver for seg er begrenset av områder uten bølgebevegelse. Dette er hva kompendiet beskriver som omhyllingskurve. Side 8 av 8

06.02.11 20:28 C:\Users\Nicolai Solheim\Desktop\Uni\FYS2140\Oblig 03\trea.m 1 of 1 x=linspace(0,100,101); a=sin(0.6*x); b=sin(0.7*x); c=(a+b); figure(1); plot(x,a,x,b) title('to sinusbølger') legend('sin(0.6*x)','sin(0.7*x)'); xlabel('x'); ylabel('y') figure(2); plot(x,c) title('superponert bølge') legend('superponert bølge'); xlabel('x'); ylabel('y')

06.02.11 20:28 C:\Users\Nicolai Solheim\Desktop\Uni\FYS2140\...\fasegruppe.m 1 of 2 function M = fasegruppe(k, x, t) %FASEGRUPPE(k, x, t) Plotter en boelge med boelgetall % lik det foerste elementet i vektoren k samt superposisjonen % av boelger med boelgetall lik hvert av elementene i k. % % k er en vektor som angir boelgetallet til hver av boelgene % som skal superponeres. Velg f.eks. verdiene 0.6 og 0.7. % % x er en vektor med alle x-verdiene det skal plottes for. % La x gå f.eks. fra 0 til 120 og bruk ca 200 punkter. % % % t er en vektor med alle tidene det skal plottes ved, og antallet % elementer i t angir dermed hvor mange frames animasjonen skal % inneholde. La t gå f.eks. fra 0 til 150. % Du boer nok ha i hvert fall rundt 100 rammer for aa faa en pen % animasjon av passe lengde. % Vi velger enheter slik at massen er 1 mass = 1; % DEFINER VEKTORENE x, t OG k HER: % x = linspace(0,120,121); t = linspace(0,150,151); k = [0.6, 0.7]; % y skal holde verdiene til boelgefunksjonene i hvert punkt x y = zeros(size(x)); % Matrisen M skal inneholde plott som settes sammen til en animasjon (movie) M = moviein(length(t)); % k maa vaere en soeylevektor, saa vi transponerer den k = k.'; % For aa legge sammen flere boelger trenger vi en matrise av % t-verdier med like manger rader som elementer i k: T = zeros([length(t), length(x)]); for i = 1:length(x) T(:,i) = t.'; end % Sett passende aksestoerrelse paa plottene % axis([x(1) x(length(x)) -2 2]); % Begynn plottingen. Lag et plott for hvert element i t % og legg det til i en matrise av plott med kommandoen getframe. for j = 1:length(t) y = sin(k*x - sqrt(k.*k + mass*mass)*t(j,:)); plot(x,[y(1,:);sum(y)]); M(:,j) = getframe;

06.02.11 20:28 C:\Users\Nicolai Solheim\Desktop\Uni\FYS2140\...\fasegruppe.m 2 of 2 end % Lag en animasjon av plottene lagret i M movie(m)