Afleveringsopgaver
Opgave 44: Verdens største accelerator
I acceleratoren sendes protoner hver sin vej rundt i to cirkelformede rør. Protonerne bevæger sig i en cirkelformet bane med en omkreds på 26,659km, og hver proton gennemfør et løb på 8,8925 ∙ 10-5 s. a) Hvis at protonernes fart er meget tæt på lysets fart:
Lysets hastighed i vakuum: 3 ∙ 108
26,659km=26659m
26659m8,8925∙10-5s=2,9979∙108ms≈3∙108ms

Acceleratorens ene rør indeholder 3,09 ∙ 1014 protoner, som bevæger sig rundt i banen og udgør en elektrisk strøm. b) Beregn den elektriske strømstyrke i det ene rør:
1,602∙10-19∙3,09∙1014=4,95∙10-5
I=Qt
I=4,95∙10-58,8925∙10-5
I=0,56A

Opgave A3: Excitation af rubidium i to trin
Rubidium bliver belyst med laserlys med bølgelængderne 775nm og 780nm. Ved excitation overgår rubidiumatomerne i to trin fra grundtilstanden O til tilstanden C. I eksperimentet blev totrinsexcitationen påvist ved de exciterede rubidiumatomers udsendelse af blåt lys med bølgelængden 420nm. a) Bestem hvilken overgang i rubidiumatomet der giver anledning til dette blå lys.
Formler:
f=cλ
Efoton=h∙f
f=3∙108420∙10-9 f=7,14∙1014 Efoton=6,63∙10-34∙7,14∙1014
Efoton=4,74∙10-19≈0,474aJ
Dette er overgangen fra O til B

Opgave A4: Stråling fra verdensrummet
Et radioteleskop registrerer elektromagnetisk stråling med frekvensen 1,42 ∙ 109 Hz fra verdensrummet. a) Beregn bølgelængden for denne stråling:
Formel: λ=cf λ=3∙108ms1,42∙109Hz λ=0,211m

Radioteleskopet antenne modtager energi med effekten 9,9 ∙ 10-14 W. b) Hvor mange fotoner med frekvensen 1,42 ∙ 109 Hz rammer radioteleskopets antenne hvert sekund?
Formler: P=∆E∆t , Efoton=h∙f
Efoton=6,63∙10-34∙1,42∙109Hz
Efoton=9,41∙10-25J
∆E=P∙∆t
∆E=9,9 ∙ 10-14 W∙1s
∆E=9,9∙10-14J
∆EEfoton=9,9∙10-14J 9,41∙10-25J =1,05∙1011

Opgave 11: Argonlaser
Laserlyset udsendes ved overgangen fra energiniveau B til energiniveau A. Disse vises i figuren på opgavearket. a) Beregn laserlysets bølgelængde:
Formel: f=cλ , Efoton=h∙f
5,678aJ-5,271aJ=0,407aJ
f=Efotonh f=4,07∙10-19J6,63∙10-34 f=6,14∙1014 λ=3∙1086,14∙1014 λ=4,89∙10-7≈489nm Når argonlaseren tilføres energi, pumpes argonatomer fra grundtilstanden O op til energiniveau B. b) Forklar, hvordan man ud fra energiniveaudiagrammet kan vurdere argonlaserens nyttevirkning. Bestem herudfra en værdi for argonlaserens nyttevirkning:
Der bruges energi for at få argonelektronen op i energiniveau B fra energiniveau O og der udnyttes den energi der kommer ved energiovergangen fra B til A
0,407aJ5,678aJ=0,072≈7,2 % * Dette er en forholdsvis lav nytteværdi