2FY Kap 11 Atomfysikk

6a kunne gjøre rede for framveksten av forskjellige atom-modeller og kunne gjøre enkle beregninger med Bohrs atommodell

Thomsons atmomodell


Elektronene er fordelt i dette stoffet, litt som rosiner i en rosinbolle. Atomet består av positivt stoff i form av en kule. For å forklare hvordan lys kunne bli sendt ut når man f.eks. sendte strøm gjennom en glødetråd, tenkte Thomson seg at elektronene vibrerte frem og tilbake så kraftig at det ble sendt ut lys.

Rutherfords atommodell

Rutherford er kjent for å ha sagt: "In science there is only physics; all the rest is stamp collecting."


Rutherford utførte et forsøk sammen med Hans Geiger. De sendte såkalte alfapartikler gjennom tynne metallfolier, blant annet gullfolie. I følge Thomsons atommodell skulle disse partiklene stort sett gå rett igjennom. Men det gjorde de ikke. Mange av partiklene ble avbøyd, og noen kom rett tilbake. Dette klarte de bare å forklare ved at den positive ladningen til et atom fantes i en liten kjerne, og at mesteparten av atomet bestod av tomrom. Rutherford foreslo at elektronene beveget seg i baner rundt kjernen, litt som planeter rundt sola. De beregnet at atomet har mellom 10 000 og 100 000 større diameter enn kjernen.

Bohrs modell

Ettersom elektronene blir tiltrukket av atomkjernen fordi den er positiv, klarte man ikke å forklare hvorfor de ikke gikk i spiralform inn mot kjernen. Man hadde nemlig funnet ut at elektroner som ble akselerert mistet energi. Akselerasjon er ikke bare fartsendring men også endring av fartsretning.
Bohr fremsatte to postulater. Et postulat om at «Et atom kan eksistere i noen bestemte energitilstander uten å miste energi så lenge det er i den tilstanden». Dette brøt med klassisk fysikk. Bohr sa med andre ord at man ikke kunne bruke klassisk fysikk for å forklare hvordan atomer er bygd opp eller hvordan de oppfører seg.
Det andre postulatet han fremsatte var "Hvis et atom går fra en energitilstand til en annen med lavere energi, blir hele energiforskjellen sendt ut som ett enkelt foton."
Bohr kunne beregne de ulike energitilstandene til hydrogenatomet med følgende formel:


Energien til et H-atom der elektronet er i tilstand $n$ , er gitt ved $E_{n} = - \frac{B}{n^{2}}$ der B er konstanten $B = 2,18 \times 10^{- 18} J = 2,18 aJ$

Elektromagnetisk stråling


Sammenhengen mellom frekvensen til den elektromagnetiske strålingen/lyset og energien atomet gir fra seg eller tar opp, er: $E = h ×f$ der h er Planck-konstanten, $h = 6,63 \times 10^{- 34} Js$

Man sier at den elektromagnetiske strålingen/lyset som blir sendt ut, blir overført i små porsjoner som man kaller for fotoner. Strålingen er "kvantisert".

Elektromagnetisk spektrum

I følge Bohr måtte energien til disse fotonene passe med de ulike energinivåene til et atom for at man skulle kunne observere at lys genererer strøm eller at strøm genererer lys.

Klassisk fysikk klarte ikke å forklare at det kun er frekvensen til den elektromagnetiske strålingen/lyset som avgjør om elektrisk strøm blir generert. Klassisk fysikk ville forventet at hvilket som helst lys kunne slå løs elektroner, bare lyset var intenst nok.

Slik kan man modellere hvordanelektromagnetisk stråling skal kunne generere strøm:

Animasjon av solcelle-energi.

Navn på de forskjellige områdene i det elektromagnetiske spektrumet:


	γ = Gamma rays HX = Hard X-rays SX = Soft X-Rays EUV = Extreme ultraviolet NUV = Near ultraviolet Visible light NIR = Near infrared MIR = Moderate infrared FIR = Far infrared Radio waves: EHF = Extremely high frequency (Microwaves) SHF = Super high frequency (Microwaves) UHF = Ultrahigh frequency VHF = Very high frequency HF = High frequency MF = Medium frequency LF = Low frequency VLF = Very low frequency VF = Voice frequency ELF = Extremely low frequency

6b kunne gjøre rede for emisjons- og absorpsjonspektere

Hvis man sender hvitt lys (består av alle synlige bølgelengder) gjennom en gass, vil atomene i gassen oppta energien fra noen av frekvensene/bølgelengdene i form av at elektronene hopper ut i en annen bane. Det lyset som ikke blir absorbert, går videre, og resultatet blir et absorpsjonsspekter. Elektronene vil etter et lite øyeblikk hoppe tilbake til en bane hvor de har sitt laveste elektronnivå, og når dette skjer, vil lys bli sendt ut. Frekvensen til dette lyset avhenger av fra hvilken til hvilken bane elektronet hoppet. Lyset vil bli sendt ut i en tilfeldig retning, men observerer man det vil man se det man kaller et emisjonsspekter.

Spektre

Vi skiller mellom tre typer spektrum:

Kontinuerlig spektrum
Emisjonsspektrum
Absorpsjonsspektrum

Kontinuerlig spektrum

Finnes bare i teorien. Et kontinuerlig spektrum er et spektrum som inneholder alle bølgelengder.

Eksempler på ulike spektrum.

Emisjonsspektrum

Emisjonsspektrum for jern

Emisjonsspektrum for hydrogen

Absorpsjonsspektrum

Absorpsjonsspektrum fra sola:

Solspektrum