Ergo Fysik B Kapitel 2 – AtomfysikExtrauppgifter 201 En laser sänder ut ljus med våglängden 633 nm. a) Beräkna frekvensen. b) Beräkna energin i ett energikvanta (foton) i laser-ljuset. c) Effekten i laserstrålen är 0,40 mW. Hur många fotoner sänder lasern ut varje sekund? 202 Elektroner med kinetiska energin 2,00 · 10–18 J exiterar väteatomer från grundtillståndet. a) Vilken är den högsta energinivå som en H-atom kan exiteras till? b) Hur många olika frekvenser kan det finnas i den strålning som vätgasen därefter sänder ut? 203 I en gas med temperaturen T K har molekylerna den genomsnittliga kinetiska energin Wk = kT . I en gas av väteatomer kan en atom exiteras när den stöter 2 3 samman med en annan atom om temperaturen är tillräckligt hög. a) Hur stor energi behövs för att exitera en H-atom från energinivå W1 till energinivå W2? b) Vilken temperatur har vätgasen när atomerna har samma kinetiska energi som i uppgift a)? c) Vid vilken temperatur har H-atomerna tillräckligt hög energi för att kunna jonisera varandra? 204 Den gula natriumlinjen har våglängden 589 nm. Vilken energi har de fotoner i vitt ljus som kan absorberas av en Na-atom? 205 a) Vad menas med joniseringsenergin för en atom? Vilket samband gäller mellan joniseringsenergin och energin i grundtillståndet? b) Våglängden för fyra av spektrallinjerna från grundämnet litium (atomnummer 3) är 671 nm, 323 nm, 274 nm och 256 nm. De härrör från över-gångar från de fyra lägsta energitillstånden över grundtillståndet och till grundtillståndet. Beräkna energinivåerna och rita ett energinivådiagram för litium. Joniseringsenergin för litium är 8,61 · 10–19 J. c) Litiumatomen har tre elektroner, två i det innersta elektronskalet och en ytterst. Energinivåerna i b) gäller för den yttersta elektronen. Man kan betrakta atomkärnan och de två innersta elektronerna som en slags ´´kärna´´ för den yttersta elektronen. Då blir liti-umatomen en så kallad väteliknande atom. Kontrollera om energinivåerna i b) överensstämmer med formeln Wn = –B/n2 för väteatomen. Författarna och Liber AB 1 Beräkna utträdesarbetet för katodmetallen i fotocellen. Hur stor energi tillförs en elektron i lysröret från spänningskällan? Hur många exitationer (från W1 till W3 ) kan en elektron teoretiskt ge upphov till? 207 När vi sänder ljus med våglängden 330 nm genom natriumånga.672 aJ till ett exiterat tillstånd W3. visar det sig att det går elektrisk ström i cellen bara när våglängden är 580 nm eller mindre. c) När ljuset har våglängden 290 nm. W3 → W2 och W2 → W1. b) Vilken våglängd får den strålning som Hg-gasen utsänder när atomerna går direkt tillbaka till grund-tillståndet? Vad heter strålning med denna våglängd? c) Strålningen i b) är både osynlig och farlig för människor. a) Beräkna W3. exiteras Naatomer från energi-nivån W1 till energinivån W4. I de flesta av kollisionerna avger en elektron 0. Kvicksilveratomen exiteras då från grundtillståndet W1 = –1. och W2 → W1 ger 589 nm. b) När vi sänder ljus mot fotocellen. Hur måste fotocellen då vara kopplad? Vilken är den minsta spänning vi kan använda? Vad kallar man denna spänning? Författarna och Liber AB 2 . Övergången W3 → W2 ger strålning med våglängden 1140 nm. Vilken våglängd ger övergången W4 → W3 ? Energi W4 W3 W2 W1 208 a) Rita en skiss av en fotocell med koppling.Ergo Fysik B Kapitel 2 – Atomfysik Extrauppgifter 206 I ett lysrör exiteras kvicksilveratomer av elektroner. går det ström genom fotocellen i b). Hur görs strålningen synlig och ofarlig innan den lämnar lysröret? d) Spänningen mellan elektroderna i lysröret är 150 V. En sådan Na-atom kan avge sin energi i tre steg: W4 → W3.783 aJ till en kvicksilveratom. Vi kan stoppa strömmen med en elektrisk spänning. Hur stor är den avgivna effekten från anoden till kylvätskan när anodtemperaturen håller sig konstant? Författarna och Liber AB 3 . utsänds 1. Resten förs bort från anoden av en kylvätska. a) Hur många elektroner träffar anoden varje sekund? b) Hur stor är en elektrons kinetiska energi när den träffar anoden? c) I vilket våglängdsområde ligger den röntgenstrålning som utsänds från anoden? d) Av den energi som elektronerna tillför anoden.0 % som röntgenstrålning.0 mA. och strömmen är 12.Ergo Fysik B Kapitel 2 – Atomfysik Extrauppgifter 209 Spänningen över ett röntgenrör är 125 kV. 85 · 10–19 J (W∞ = 0) c) W1 passar inte.14 V .3 · 1015 202 a) W3 b) 3 203 a) 1. W3 = –2. 206 a) b) c) d) – 0.5 kW Författarna och Liber AB 4 .889 aJ 254 nm. tröskelspänning 209 a) b) c) d) 7.74 · 1014 Hz b) 3.92 · 10–12 m 1.38 · 10–19 J 205 a) Wjon = W∞ – W1 = – W1 b) W1 = – 8. W5 passar rimligen bra.43 · 10–19 J c) 2. W5 = –0. 30 207 2.65 · 10–19 J.14 · 10–19 J c) 1.61 · 10–19 J.36 · 10–19 J. .. men W2.00 · 10–14 J λ ≥ 9.46 · 10–19 J. Litiumatomen är mest väteliknande i de exiterade tillstånden.49 · 1016 2.. ultraviolett Luminiscens i beläggningen på glasets insida 24 aJ.Ergo Fysik B Kapitel 2 – Atomfysik Extrauppgifter Svar och kommentarer 201 a) 4. W4 = –1. W2 = –5. .20 µm (2196 nm) 208 b) 3.63 · 10–18 J b) 79 · 103 K c) 105 · 103 K 204 3.