Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

7 frågor/svar hittade

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [20365]

Fråga:
En stråle neutroner alla med samma energi diffrakteras av atomer separerade av 0.0910 nm i ett kristallplan.

Vid vinkeln θ=28.6∘ så observeras intensitetsmaxima för m = 1.

Vad är neutronernas våglängd och den kinetiska energin uttryckt i eV?
/Erik S, NTI, Göteborg

Svar:
För det första maximum är vägskillnaden

L*sin(theta) = m*l

0.0910*sin(28.6) = 1*l

l = 0.0910*sin(28.6) = 0.0436 nm.

Rörelsemängden p ges av

p = h/l = 6.626*10-34/(0.0436*10-9) = 1.520*10-23 kgm/s

Kinetiska energin ges av

E = mv2/2 = p2/(2m) = (1.520*10-23)2/(2*1.675*10-27) = 0.690*10-19 J =
0.690*10-19/(1.602*10-19) = 0.431 eV.

Se även länk 1 och 2.
/Peter E

Nyckelord: diffraktion [4]; våg/partikelegenskaper [7];

1 http://www.pluggakuten.se/forumserver/viewtopic.php?id=129312
2 https://www.kth.se/social/upload/5532/Exempelsamling-2011.pdf

*

Ljud-Ljus-Vågor [13050]

Fråga:
Hej. Vi undrar varför ljuset går långsammare och brytes i vatten och glas. Detta är ju 2 frågor och vi har den experimentalla sidan helt klar. Newton och Huygens teorier får gärna belysas eftersom de antog olika, partikel kontra våg, om ljusets natur och kom också fram till olika svar. Vi har kollat i gymnasiefysikböcker men de ger inga svar. Vi tycker att svaret från Er bör innehålla orden VÅGOR PARTIKLAR FOTONER O S V
/Rolf L, Friberga, Danderyd

Svar:
Som vi sagt många gånger: i fysiken kan man inte svara på varför-frågor. Svaret blir bara: därför.

För det första: Newton eller Huygens? Svaret är ingen eller båda. Fotonen har enligt det moderna synsättet partikelegenskaper (manifesteras t.ex. i fotoelektrisk effekt och comptonspridning) och vågegenskaper (diffraktion). Fotonen är alltså varken våg eller partikel, den är en --- foton.

Faktumet att ljushastigheten i ett medium varierar med våglängden ger upphov till olika brytning för olika färger (våglängder), så dina två frågor är kopplade till varandra. Det primära är alltså varför ljus av olika våglängd går olika snabbt i ett medium med n>1. (I själva verket definieras brytningsindex n av n=c/v där v är ljushastigheten i mediet.)

Exakt vad som händer vet man inte (i varje fall inte jag), men uppbromsningen uppkommer genom att ljuset absorberas och re-emitteras hela tiden. Detta fördröjer framryckningen. Ljus med kort våglängd (blått) påverkas mer av detta än ljus med lång våglängd. Blått ljus går alltså långsammare och bryts därmed mer.
/Peter E

Nyckelord: våg/partikelegenskaper [7]; ljushastigheten [19];

1 http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/speedoflight/
2 http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/opt/mch/refr/more.rxml

*

Ljud-Ljus-Vågor [12700]

Fråga:
Jag har hört att ljuset kan beskrivas som en foton eller våg. Kan ni berätta och förklara lite mer om det?
/Lisa M, Mörbyskolan, Danderyd

Svar:
Lisa! Vad gäller ljus, så är det helt riktigt att det kan uppfattas på två olika sätt - antingen som en partikel (foton) eller som en vågrörelse - beroende på den situation man vill beskriva.

Om man låter ljus från en ljuskälla träffa en skiva med en smal spalt och tittar på vad som kommer ut på baksidan (genom att t.ex. hålla upp ett vitt papper) ser man ljusa och mörka ränder - man kallar detta ett interferensmönster. Detta försök är ett exempel på ett fenomen som bara kan förklaras om man ser ljuset som en vågrörelse.

En annan observation som däremot inte går att förklara med bilden av ljus som en våg är vad som kallas den fotoelektriska effekten: om man lyser på en metallyta med ljus som har kort våglängd (detsamma som att det har hög frekvens, och därmed hög energi) kan man observera att elektroner kommer utflygande. Detta förstår vi som att ljuspartiklar slår ut elektronerna ur sina banor kring metallatomkärnorna.

Mer information hittar du t.ex. genom att söka på "dubbelspalt" och "fotoelektriska effekten" här i frågelådan. Du kan också läsa mer om ljuset och dess dubbelnatur i Nationalencyklopedin . (Bilden nedan är hämtad därifrån.)



/Margareta H

Se även fråga 12631

Nyckelord: interferens [12]; våg/partikelegenskaper [7];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [12701]

Fråga:
Hejsan. Jag heter Love Tätting och jag har en fråga till dig som jag hoppas att du har ett svar på! Det är som så att jag läser en bok som handlar om den moderna fysiken. I den förklaras vad en Comptonspridning är för någonting. Den förklaras som sådan att om man skickar ljus emot en elektron (mitt på) så difrakterar ljuset. Även om det är i benämningen foton eller våglängd. Det framgår även att med hjälp av att beräkna frekvensen före och efter experimentet så framkommer det att frekvensen är mindre efter experimentet vilket skall betyda att ljuset förlorar energi.

Boken berättar även om att om man skulle försöka göra ett mikroskop för att kunna se elektroner så behöver man ljus med en mindre våglängd än elektronens egen storlek. För detta kan man ta gammastrålning. Men det framgår sedan att desto mindre frekvens bidrar till en större energi. Vilket betyder att om man skulle använda gammastrålning i ett mikroskop för att kunna se elektronen så skulle den slås ut ur sin bana och på så sätt vara påverkad.

Min fråga lyder: Kan man genom att använda gammastrålning i en comtonspridning och använda det ljuset som nu har rätt frekvens och har mindre energi i ett mikroskop mot elektronen. Eftersom att det har tillräckligt låg frekvens och har förlorat en del av sin energi!

Jag skulle verkligen uppskatta om du svarade på min fråga.
/Love T, Storkskolan, Blentarp

Svar:
Hej Love! Du skall inte se comptonspridning som en diffraktion. Diffraktion är ett vågfenomen (här är lite fler konstiga ord: interferens, superpositionsprincipen ), utan så att fotonen uppträder som en partikel. Comptonspridning, figuren nedan, kan ses som en kollision mellan två biljardbollar. Fotonen har en energi E = hc/l och en rörelsemängd p = h/l, och genom att kräva att både rörelsemängden och energin bevaras kan man härleda ett samband mellan ändringen i riktning för fotonen och energin, se Compton Scattering . Bilden är från denna sida. I experimentet ser vi en topp vid 0.0709 nm vid alla vinklar. Detta är fotoner som tagit sig till detektorn utan att spridas (pga ofullständigt kollimering). Den andra något bredare toppen är comptonspridda fotoner som följer formeln i den övre delen av figuren.

Det är riktig att för att "se" något så litet som en elektron, så behöver man mycket kort våglängd, vilket betyder hög energi. Det är emellertid en grundläggande egenskap hos kvantmekaniken, som är den teori som beskriver "små" föremål, att om man försöker bestämma läget på en partikel exakt, så kommer dess rörelsemängd ("hastighet") att bli obestämd. Anledningen är att det är inte bara så att ljus uppvisar både våg- och partikelegenskaper (se ovan) utan partiklar har även vågegenskaper.

Härledning av uttrycket nedan för våglängdsändringen finns i Compton_scattering och länk 1.



/Peter E

Nyckelord: comptonspridning [3]; våg/partikelegenskaper [7];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/compeq.html#c1

*

Ljud-Ljus-Vågor [11212]

Fråga:
Om ljus är "vågrörelser" hur färdas ljus i rymden, detta kommer ni nog förklara med att ljus också är fotoner men i såfall skulle ju bara fotonerna komma fram till jorden och inte "vågorna", kan fotoner bli vågrörelser och vice versa och hur skullle det funka, (värkar orimligt). Kan fotoner vara ljus utan vågrörelserna och vice verca?
/Jonas E, Svane Skolan, Lund

Svar:
Inte bara ljus har dubbelnaturen partikel/vågrörelse, det har allting. En partikels våglängd ges av

l = h/mv

där h är Plancks konstant, m är partikelns massa och v dess hastighet. Detta kallas de Broglies ekvation. Den tyngsta partikeln för vilken man mätt våglängden är molekylen C60. Det är en så kallad fulleren, och består av 60 kolatomer som bildar en liten "fotboll". Molvikten är ungefär 720. Man lät en stråle av sådana partiklar passera en dubbelspalt. På andra sidan kunde man observera ett interferensmönster. Det är inte olika partiklar som interfererar med varandra, utan varje partikel interfererar med sig själv. Det visar klart att varje partikels vågpaket har passerat båda spalterna. Detta är obegripligt, men sådan är naturen. Tar vi reda på vilken av spalterna "fotbollen" passerat, förstör vi partikelns vågfunktion, och interferensmönstret försvinner. I någon mening kan vi själva bestämma om det ska vara en våg eller en partikel.

Detta att partiklar visar vågegenskaper är något som är grundläggande i vad vi i dag kallar kvantmekanik. Från början (1920-talet) kallades det vågmekanik. Se An Introduction to Quantum Mechanics för en trevlig introduktion till kvantmekaniken på engelska.
/KS

Nyckelord: våg/partikelegenskaper [7]; kvantmekanik [26];

*

Ljud-Ljus-Vågor [1807]

Fråga:
Hur kan en elektron vara både en våg och en partikel?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Jag har läst om att ljuset upträder både som våg och som partikel men jag har fått två olika fakta om dubbelspaltexperimentet där det ena säger att man kan se att ljuset är en partikel när man tittar på varje enskild foton, andra källan säger att varje foton återföljs av en våg. Vad är egentligen sant, är ljus både en partikel och en våg och hur skall jag då bevisa det? Tack på förhand.
/Daniel S, Grennaskolan, Grenna

Svar:
Både ljus och partiklar har våg- och partikelegenskaper.

När man ska beskriva interferensen i dubbelspalten måste man behandla ljuset som en vågrörelse. Om vi låter ljuset träffa en fotografisk film, kan vi inte behandla ljuset som en kontinuerlig våg. Ljuset kan nämligen bara utbyta energi med materia i bestämda energipaket. Dessa kallar vi fotoner. Det är alltså inte fotoner som går genom spalterna, utan elektromagnetiska vågor, men filmen tar emot energi från det elektromagnetiska fältet i form av fotoner.

Medges att det finns olika uppfattningar om hur man ska beskriva dubbelspaltfenomenet. Rent intuitivt upplever man nog högenergetisk elektromagnetisk strålning (gammakvanta) rätt så mycket som partiklar, medan lågenergetisk strålning (radiovågor) har lite partikelkaraktär.

Det är inte bara ljus som har denna dubbelnatur, utan egentligen allting. Man kan tillverka små "fotbollar" av 60 kolatomer (kallas fullerener). Nu har man upprepat dubbelspaltexperimentet med sådana partiklar, se länk 1. Man kastar sådana fotbollar mot en dubbelspalt med en hastighet av ett par hundra meter per sekund. På andra sidan dubbelspalten bildar fotbollarna ett tydligt interferensmönster. Det visar att fotbollen uppträder som en våg, när den passerar dubbelspalten. Vidare visar man mycket klart, att det inte är de olika fotbollarna som interfererar med varandra, utan varje fotboll interfererar med sig själv. Alltså, i någon mening passerar varje fotboll genom båda spalterna. Sunt förnuft säger, att fotbollen passerar genom antingen den ena eller den andra spalten. Så är det alltså inte. Sunt förnuft duger inte när det gäller kvantmekaniken. Om man på något sätt tar reda på vilken spalt den passerat genom, försvinner interferensmönstret, och man säger att vågfunktionen kollapsar.

Se även Double-slit_experiment#Other_variations och Buckminsterfullerene .

Nedanstående video är en trevlig framställning av dubbelspaltexperimentet av Dr Quantum.


/KS/lpe

Nyckelord: våg/partikelegenskaper [7]; dubbelspalt [4];

1 http://www.univie.ac.at/qfp/research/matterwave/c60/index.html

*

Ljud-Ljus-Vågor [187]

Fråga:
Vilken är den tyngsta partikel för vilken man observerat vågegenskaper? Vilken metod har man använt? Var kan man läsa om det?
/

Svar:
I vanliga interferensförsök är det så vitt jag vet alfapartiklar. Vid spridning av sådana partiklar mot tyngre atomkärnor så ser man interferensfenomen vilka tolkas som att vågen som går på ena sidan om kärnan interfererar med vågen som går på andra sidan. Ett mycket intressant försök som visar vågegenskaper är det experiment som gjordes med rubidiumatomer i en jonfälla som uppvisade Bose-Einsteinkondensation. Denna kondensation är ett genuint kvantfenomen som intimt är sammankopplat med partiklarnas vågegenskaper. Detta kan du läsa om i Science nr 269, July 1985.

Senare tillägg: År 1999 observerade man interferens i ett dubbelspaltexperiment med en stråle av fullerener, en sorts "minifotbollar" bestående av 60 kolatomer. Molekylvikten blir 720 (721 i vissa fall, 1% av kolet har atomvikt 13 i stället för 12). Kvantmekaniskt sett passerade alltså varje liten fotboll genom båda spalterna.
/KS

Nyckelord: våg/partikelegenskaper [7]; dubbelspalt [4];

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7178 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-09-20 12:13:24.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.