Opetus: Fysiikka: Difference between revisions

From wikiluntti
Tag: Manual revert
 
(40 intermediate revisions by the same user not shown)
Line 38: Line 38:


Rautatiet, sähköjohdot, sillat.
Rautatiet, sähköjohdot, sillat.
https://www.lentos.at/museum/forum-metall/piotr-kowalski-thermocouple-1977


=== Lämpöenergia===
=== Lämpöenergia===
Line 53: Line 55:


Kuvan muodostuminen peilissä:
Kuvan muodostuminen peilissä:
#
# Piirrä vaakasuora valonsäde esineen huipusta peiliin
#
#* Valo heijastuu polttopisteen kautta
#
# Piirrä valonsäde esineen huipusta polttopisteen kautta peiliin
#* Valo heijastuu vaakasuoraan
# Kuva muodsotuu valonsäteiden leikkauspisteeseen


Tehtävä samasta aiheesta ([[File:Pallopeili kuvanmuodostuminen tehtava.pdf|pdf-tiedosto]])
[[File:Pallopeili kuvanmuodostuminen tehtava.svg|thumb]]


https://en.wikipedia.org/wiki/Caustic_(optics)
https://en.wikipedia.org/wiki/Caustic_(optics)
Line 112: Line 118:


<youtube>Wcb55gZUL6A</youtube>
<youtube>Wcb55gZUL6A</youtube>
<youtube>ROOeGPrC1Do</youtube>


=== Kiihtyvyys===
=== Kiihtyvyys===
Line 149: Line 157:
plt.show()
plt.show()
</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>
<youtube>CqGZqyUwxZc</youtube>


=== Voimat ja vuorovaikutus===
=== Voimat ja vuorovaikutus===
Line 157: Line 168:
=== Noste ja kitka===
=== Noste ja kitka===
=== Paine===
=== Paine===
Pingviini: https://arxiv.org/abs/2007.00926v1 Projectile Trajectory of Penguin’s Faeces and Rectal Pressure Revisited (Hiroyuki Tajima and Fumiya Fujisawa).


Ideaalikaasu: https://twitter.com/zhigangsuo/status/1521837434018930688?t=4-QPfZIIq-F2NlXH-ZaYjQ&s=09
Ideaalikaasu: https://twitter.com/zhigangsuo/status/1521837434018930688?t=4-QPfZIIq-F2NlXH-ZaYjQ&s=09
Line 206: Line 219:
Katso myös https://www.explainxkcd.com/wiki/index.php/2818:_Circuit_Symbols
Katso myös https://www.explainxkcd.com/wiki/index.php/2818:_Circuit_Symbols


== Auton käynnistäminen ===
== Auton käynnistäminen ==
 
Could You Start Your Car With D-Cell Batteries? https://www.wired.com/2012/10/could-you-start-your-car-with-d-cell-batteries/?t=0sVgsf8xASgIWbv-5fOOFw&s=33
* Analysoi, kun ehdit


Could You Start Your Car With D-Cell Batteries? https://www.wired.com/2012/10/could-you-start-your-car-with-d-cell-batteries/?t=0sVgsf8xASgIWbv-5fOOFw&s=33 Myös <youtube>I0utNemFsl8</youtube>
<youtube>I0utNemFsl8</youtube>


=== Lamppu (outchh), vastus===
=== Lamppu (outchh), vastus===
=== Sähköenergia===
=== Sähköenergia===


== 9. lk: Energia yhteiskunnassa==
== 9. lk: Energia yhteiskunnassa==
Line 325: Line 340:


Fermilabin videoita: https://www.youtube.com/c/fermilab/playlists
Fermilabin videoita: https://www.youtube.com/c/fermilab/playlists
Kirja (WARREN SIEGEL, C. N. Yang Institute for Theoretical Physics): http://insti.physics.sunysb.edu/~siegel/errata.shtml
=== Sähkömagneettinen spektri ===
[[File:EM Spectrum Properties edit.svg|thumb|alt=https://en.wikipedia.org/wiki/File:EM_Spectrum_Properties_edit.svg|Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported]]
# Ionizing radiation
#* Gamma radiation (the photons generated from nuclear decay or other nuclear and subnuclear/particle process are always termed gamma rays) // 10 pm / 30 EHz
#* # X-ray radiation (X-rays are generated by electronic transitions involving highly energetic inner atomic electrons) // 100 pm / 3 EHz
#* Extreme Ultraviolet EUV
# Near Ultraviolet NUV // 400 nm / 750 THz
# Visible light (light that humans can see) 400-700 nm
# Infrared radiation
#* Near Infrared
#* Mid Infrared
#* Far Infrared
# Microwave radiation
#* EHF // 1 mm / 300 GHz
#* SHF // 0.1 m / 3 GHz
#** Wifi: 900 MHz / 2.4 GHz /  3.65 GHZ / 5 GHz
#* UHF // 1 m / 300 MHz
# Radio waves
#* VHF // 10 m / 30 MHz
#* HF // 100 m / 3 MHz
#* MF // 1 km /  300 kHz
#* LF // 10 km / 30 kHz
#* VLF // 100 km / 300 Hz
#* ULF 
#* SLF
#* ELF
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Cellular_network_standards_and_generation_timeline.svg


=== Säteilysairaudet ===
=== Säteilysairaudet ===
Line 359: Line 409:
'''Säteily ja kuolema: REM / Sievert; 100 rem = 1 Sievert.'''
'''Säteily ja kuolema: REM / Sievert; 100 rem = 1 Sievert.'''


Säteilyn aiheuttamaa biologista vahinkoa kutsutaan nimellä REM. Jos jokaisen ihon neliösentin läpäisee 2 miljardia gammasädettä, vaikutus on 1 REM. 1 mrd ei ole suuri luku, koska atomit ovat pieniä. Yleensä keho korjaa vahingot.  
Säteilyn aiheuttamaa biologista vahinkoa kutsutaan nimellä sievert. Jos jokaisen ihon neliösentin läpäisee 2 miljardia gammasädettä, vaikutus on 0.01 sievert. 1 mrd ei ole suuri luku, koska atomit ovat pieniä. Yleensä keho korjaa vahingot.  ''Säteilyn aiheuttamaa biologista vahinkoa kutsutaan nimellä REM. Jos jokaisen ihon neliösentin läpäisee 2 miljardia gammasädettä, vaikutus on 1 REM. 1 mrd ei ole suuri luku, koska atomit ovat pieniä. Yleensä keho korjaa vahingot. ''
 
Säteilymyrkytys. Lievän säteilysairaudet oireet: väsymys, energiamattomuus, hiusten lähtö.
Säteilymyrkytys. Lievän säteilysairaudet oireet: väsymys, energiamattomuus, hiusten lähtö.
* Alle 100 rem: ei
* Alle 1 sievert (100 rem): ei
* 100 rem: solun aineenvaihdunta ei toimi: tulet sairaaksi
* 1 sievert (100 rem): solun aineenvaihdunta ei toimi: tulet sairaaksi
* 100 – 200 rem lievät
* 1-2 sievert (100 – 200 rem) lievät
* 300 rem 50% tn kuolemalle 2 kk sisällä, jos ei hoideta. 300 rem on LD50. Lethal Dose  
* 3 sievert (300 rem) 50% tn kuolemalle 2 kk sisällä, jos ei hoideta. 300 rem on LD50. Lethal Dose  
* 1000 rem: kuolema 1-2 tunnissa.
* 10 sievert (1000 rem): kuolema 1-2 tunnissa.


Säteily ja syöpä. Paradoksi: keskimäärin syövän saa 2500 rem:llä, mutta 1000 rem tappaa parissa tunnissa?
Säteily ja syöpä. Paradoksi: keskimäärin syövän saa 2500 rem:llä, mutta 1000 rem tappaa parissa tunnissa?
Line 376: Line 426:
* Paljon radioaktiivista materiaa
* Paljon radioaktiivista materiaa
* Useat palomiehet kuolivat säteilysairauksiin: useita satoja rem
* Useat palomiehet kuolivat säteilysairauksiin: useita satoja rem
* Tuuli vei radioaktiivista ainetta; 25000-40000 ihmistä sai 45 rem.
* Tuuli vei radioaktiivista ainetta; 25000-40000 ihmistä sai 45 rem; eli yhteensä 1 800 000 REM, josta saadaan ylimääräistä 1800000/2500=720 syöpäkuolemaa.
* (Lopulta: 24000 -> 4000 ylimääräistä syöpätapausta maailmanlaajuisesti! )
** Muutenkin siellä kuoli 40000/5 = 8000 syöpään.
* Aueelta, jossa 35 REM evakuoitiin
* Tuuli vei tuhansia kilometrejä; Tukholmassa +1REM.
* Arvio, että maailmaan tuli 60 000 000 REM: 24 000 ylimääräistä syöpätapausta maailmanlaajuisesti! (100 milj ihmistä; 20 milj syöpää ilman Chernobylia)
* Lyhyt puoliintumisaika, olet sisällä: vuonna 2006 IAEA arvio, että 4000 ylimääräistä syöpäkuolemaa. (Joku arvioi, että 500 000).
** Siis tn saada syöpä Chernobylin takia 20% -> 20.004%.


Hiroshima  
Hiroshima  
* Vain 2% kuoli syöpään: räjähdys, tuli, etc.
* Vain 2% kuoli syöpään: räjähdys, tuli, etc.
* n 52000 pelastui tulesta ja sai 0.5 rem tai enemmän; keskimäärin 20 rem: silloin syöpään kuolleita olisi 52000 x 20 /2500 = 416 kpl
* n 52 000 pelastui tulesta ja sai 0.5 rem tai enemmän; keskimäärin 20 rem: silloin syöpään kuolleita olisi 52000 x 20 /2500 = 416 kpl eli 0.8% 52000 ihmisestä.
* Pommiin kuoli 50 000 - 150 000 ihmistä.


Hammasröntgen
Hammasröntgen
* Röntgenhoitaja poistuu tilasa
* Röntgenhoitaja poistuu tilasa
* Lyijylevy suojaamaan
* Lyijylevy suojaamaan
* Yleensä annos on 1 mrem: tn saada syöpä on n 1/250000000
* Yleensä annos on 1 mrem: tn saada syöpä on n 1/250 000 000


Säteily parantaa syövän
Säteily parantaa syövän
Line 473: Line 529:


For a comprehensive overview of QED, see Peskin and Schroeder's text. https://zzxianyu.files.wordpress.com/2017/01/peskin_problems.pdf
For a comprehensive overview of QED, see Peskin and Schroeder's text. https://zzxianyu.files.wordpress.com/2017/01/peskin_problems.pdf
=== Ketjureaktio ===
Uraani-235 absorboi neutronin jos se tulee sopivalla nopeudella (energialla).
U-235 + n -> U-236 hajoaa (heikko vuorovaikutus).
<sup>236</sup><sub>92</sub>U ->  <sup>89</sup><sub>36</sub>Kr + <sup>144</sup><sub>56</sub>Ba + 2 n
* m(U-236) = 236.045568 u
* m(Kr-89) = 88.9178354 u  https://en.wikipedia.org/wiki/Isotopes_of_krypton
* m(144-Ba) = 143.922955 u
* 2m(neutroni) = 2 x 1.00866491588 u = 2.01732983176 u
Einstein: E mc<sup>2</sup>. Lasketaan m(Kr-89) + m(Ba-144) + 2m(neutroni) = 234.85812023176 u. Erotus m(U-236):een on 1.18744776824 u. Tämä muutetaan energiaksi: 1.18744776824 u x 1.660540199x10<sup>-27</sup> kg/u x (299792458 m/s)<sup>2</sup> = 1.77219482129305x10<sup>-12</sup>.
Mutta moolissa U-235:ta on 6.02214076x10<sup>23</sup> atomia. Moolimassa M = m x N<sub>A</sub>. Uraanin moolimassa on m(U-235) = 235.0439299 u eli Avogadron luvun verran atomeita painaa 235.0439299 g. Siis energiaa tulee moolista 1067240666796.98 J =  1067.24066679698 GJ
{| class="wikitable"
|+ TARKISTA NÄMÄ
|-
! Aine!! E/ mooli !! M !! E/g !!
|-
| U-236|| 1067 GJ/mol|| 235|| 4.540600845 GJ/g ||
|-
| Nitroglyseriini || 1414 kJ/mol|| 227.085 || 6.2 kJ/g ||
|-
| TNT  ||  || 227.132 || 4.184 kJ/g ||
|-
| Nitroselluloosa|| Example || Example || Example ||
|-
| Ruuti || Example || Example || 3 J/g||
|-
| Dynamiitti|| Example || Example || 0.075 J/g ||
|-
| Bensa || Example || Example ||  47.2 kJ/g ||
|-
| Rasva || Example || Example ||  37 kJ/g ||
|-
| Etanoli|| Example || Example ||  29 kJ/g ||
|-
| Hiilihydraatit || Example || Example ||  17 kJ/g ||
|}
Pu-239 + n


=== Alkuräjähdys ja maailmankaikkeuden historia ===
=== Alkuräjähdys ja maailmankaikkeuden historia ===
Line 484: Line 590:
https://en.wikipedia.org/wiki/Wilkinson_Microwave_Anisotropy_Probe
https://en.wikipedia.org/wiki/Wilkinson_Microwave_Anisotropy_Probe


Alkuräjähdys
#Alkuräjähdys
*
#Gravitaatio erkani
#Vahva- ja heikkovoima erkani
#Kosminen inflaatio: kvarkkeja ja gluoneja
# Sähkömagneettinen vrk erkani: massa
# Protonit ja neutronit yhdistyivät ytimeksi.




Line 497: Line 608:
|-
|-
<!-- taulukko alkaa tästä -->
<!-- taulukko alkaa tästä -->
| 0–10<sup>&minus;43</sup>&nbsp;s || [[Planckin epookki]] || alkusingulariteetti laajenee  
| 0–10<sup>&minus;43</sup>&nbsp;s || [[Planckin epookki]]|| alkusingulariteetti laajenee  
|-
|-
| 10<sup>&minus;43</sup>–10<sup>&minus;35</sup>&nbsp;s || alkuräjähdys alkaa  || [[gravitaatio]] erkanee muista [[perusvuorovaikutus|perusvuorovaikutuksista]],<br />[[vahva vuorovaikutus]] erkanee [[sähköheikko vuorovaikutus|sähköheikosta vuorovaikutuksesta]]
| 10<sup>&minus;43</sup>–10<sup>&minus;35</sup>&nbsp;s || alkuräjähdys alkaa  || [[gravitaatio]] erkanee muista [[Perusvuorovaikutus|perusvuorovaikutuksista]],<br />[[vahva vuorovaikutus]] erkanee [[Sähköheikko vuorovaikutus|sähköheikosta vuorovaikutuksesta]]
|-
|-
| 10<sup>&minus;35</sup>–10<sup>&minus;32</sup>&nbsp;s || [[kosminen inflaatio]] || [[valonnopeus|valoa nopeampi]]<ref>{{Verkkoviite | Arkisto = https://web.archive.org/web/20140620015649/http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=387 | Arkistoitu = 20.6.2014 | Nimeke = How can the Universe expand faster than the speed of light during inflation? | Ajankohta = Marraskuu 2002 | Julkaisu = Curious About Astronomy – Curious.astro.cornell.edu | Viitattu = 11.10.2020 | Kieli = {{en}}}}</ref> laajeneminen,<br />aine on [[kvarkki-gluoniplasma]]a
| 10<sup>&minus;35</sup>–10<sup>&minus;32</sup>&nbsp;s || [[kosminen inflaatio]]|| [[Valonnopeus|valoa nopeampi]]<ref>{{Verkkoviite | Arkisto = https://web.archive.org/web/20140620015649/http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=387 | Arkistoitu = 20.6.2014 | Nimeke = How can the Universe expand faster than the speed of light during inflation? | Ajankohta = Marraskuu 2002 | Julkaisu = Curious About Astronomy – Curious.astro.cornell.edu | Viitattu = 11.10.2020 | Kieli = {{en}}}}</ref> laajeneminen,<br />aine on [[kvarkki-gluoniplasma]]a
|-
|-
| 10<sup>&minus;12</sup>–10<sup>&minus;6</sup>&nbsp;s || [[kvarkkiepookki]] || [[sähkömagnetismi]] ja [[heikko vuorovaikutus]] erkanevat toisistaan,<br />osa hiukkasista saa [[massa]]n
| 10<sup>&minus;12</sup>–10<sup>&minus;6</sup>&nbsp;s || [[kvarkkiepookki]]|| [[sähkömagnetismi]] ja [[heikko vuorovaikutus]] erkanevat toisistaan,<br />osa hiukkasista saa [[massa]]n
|-
|-
| 10<sup>&minus;6</sup>–1 s || [[hadroniepookki]] || [[hadroni]]t muodostuvat kvarkki-gluonimassasta
| 10<sup>&minus;6</sup>–1 s || [[hadroniepookki]]|| [[hadroni]]t muodostuvat kvarkki-gluonimassasta
|-
|-
| 100–300&nbsp;s || [[alkuräjähdyksen ydinsynteesi]] || [[protoni]]t ja [[neutroni]]t yhdistyvät atomiytimiksi
| 100–300&nbsp;s || [[alkuräjähdyksen ydinsynteesi]]|| [[protoni]]t ja [[neutroni]]t yhdistyvät atomiytimiksi
|-
|-
| 380 000 vuotta || rekombinaatio  || atomiytimet ja elektronit yhdistyvät atomeiksi, jolloin [[kosminen taustasäteily]] vapautuu
| 380 000 vuotta || rekombinaatio  || atomiytimet ja elektronit yhdistyvät atomeiksi, jolloin [[kosminen taustasäteily]] vapautuu
Line 527: Line 638:


Statistiikkaa aurinkokunnasta: https://ssd.jpl.nasa.gov/#/?sstr=2022%20EB5&view=OPC
Statistiikkaa aurinkokunnasta: https://ssd.jpl.nasa.gov/#/?sstr=2022%20EB5&view=OPC
== Muuta ==
https://www.ursa.fi/blogi/kraatterin-reunalta/summasen-syvaluotaus/?t=Vngn44z_Kqkyg9JpHuWVYg&s=33
* Kraaterit
* Anomaliat

Latest revision as of 16:11, 5 November 2024

Arviointi

Kokeet, tuntityöskentely (tehtävät) ja tuntiaktiivisuus.

Yleistä

List of material https://docs.google.com/document/d/1N-9Ka8SkKwiiSUAq3qvZhZepMZY_JFWV/edit

7. lk: Lämpö

Mitä fysiikka on. Perusmittaukset

Experiment: Perusmittaukset

Lämpöasteikko

Lämpömittarityypit

  • Bimetalli
  • Neste
  • Elohopea
  • Elektroninen
  • Säteilyyn perustuva


Peruspisteet (vuodesta 1954) 1 ATM:

Peruspisteet (20. toukokuuta 2019 alkaen):

  • Kelvin-asteikko ja Boltzmannin vakio

Lämpölaajentuminen

Rautatiet, sähköjohdot, sillat.

https://www.lentos.at/museum/forum-metall/piotr-kowalski-thermocouple-1977

Lämpöenergia

Olomuodon muutokset

Lämmön siirtymistavat

Lämpötasapaino

Ekstrat

7. lk: Aaltoliike

Aallon eteneminen

Värähtelijä ja ääni

Valon heijastuminen. Peilit

Kuvan muodostuminen peilissä:

  1. Piirrä vaakasuora valonsäde esineen huipusta peiliin
    • Valo heijastuu polttopisteen kautta
  2. Piirrä valonsäde esineen huipusta polttopisteen kautta peiliin
    • Valo heijastuu vaakasuoraan
  3. Kuva muodsotuu valonsäteiden leikkauspisteeseen

Tehtävä samasta aiheesta (pdf-tiedosto)

https://en.wikipedia.org/wiki/Caustic_(optics)

https://phys.org/news/2013-06-magicians-mirror-large-scale-cloaking.html

Valon taittuminen

Mittaa kulmat
Heijastuminen ja taittuminen
Eksperimentti
Valon taittuminen

Linssit

Ekstrat

8. lk: Liike ja voima

Fysiikan laskutehtäviin vastaaminen:

  1. Lue tehtävä
  2. Kirjoita suureet näkyviin
  3. Piirrä aiheeseen liittyvä kuva
  4. Kirjoita relevantti fysiikan laskukaava
  5. Ratkaise haluttu suure
  6. Sijoita numerot
  7. Laske
  8. Lue tehtävä ja tarkista, vastasitko oikeaan kysymykseen
  9. Kirjoita vastaus

Arviointi:

  • Ei tehty: 0p
  • Puoliksi tehty: 1p
  • Tehty: 3p
  • Hyvin tehty: 4p
  • Lisäskaalaus.

Nopeus

Kiihtyvyys

Paikka Python-kielellä laskettuna. Muuta g:n arvoa ja alkunopeuksia.

Stop Faking It: Force & motion. https://my.nsta.org/resource/2608

import matplotlib.pyplot as plt

N = 10;
x = [0.0]
y = [0.0]

dt = 1
vx = 2
vy = 5
g = -1

for i in range(1, N):
    x.append( x[i-1] + vx*dt )
    y.append( y[i-1] + vy*dt )
    vy = vy + g*dt
    

plt.plot( x,y )
plt.ylabel( "Korkeus [m]")
plt.xlabel( "Matka [m]")
plt.show()


Voimat ja vuorovaikutus

Voima- ja vastavoima: https://twitter.com/Rainmaker1973/status/1434049149851275264?s=09 https://theaviationist.com/2016/12/21/heres-what-happens-if-you-are-a-bit-too-close-to-the-exhaust-on-an-ea-6b-prowler-during-catapult-launch/

Noste ja kitka

Paine

Pingviini: https://arxiv.org/abs/2007.00926v1 Projectile Trajectory of Penguin’s Faeces and Rectal Pressure Revisited (Hiroyuki Tajima and Fumiya Fujisawa).

Ideaalikaasu: https://twitter.com/zhigangsuo/status/1521837434018930688?t=4-QPfZIIq-F2NlXH-ZaYjQ&s=09

Ekstrat

8. lk: Liike ja energia

Energian muutokset ja lajit

Työ

Impulssi.

Eksperimentti: hyppykorkeuden määrittäminen lentoajalla. Eksperimentti: hyppykorkeuden määrittäminen impulssilla.

Nostotyö ja potentiaalienergia

Teho ja hyötysuhde

Yksinkertaiset koneet

Eureka:

Julius S Miller:

'"`UNIQ--youtube-00000014-QINU`"'

'"`UNIQ--youtube-00000015-QINU`"'

Ekstrat

8. lk: Sähkö

Staattinen sähkövaraus

Jännite, sähkävirta, virtapiiri

Jännite ja virta

Piirimerkinnät

Katso myös https://www.explainxkcd.com/wiki/index.php/2818:_Circuit_Symbols

Auton käynnistäminen

Could You Start Your Car With D-Cell Batteries? https://www.wired.com/2012/10/could-you-start-your-car-with-d-cell-batteries/?t=0sVgsf8xASgIWbv-5fOOFw&s=33

  • Analysoi, kun ehdit

Lamppu (outchh), vastus

Sähköenergia

9. lk: Energia yhteiskunnassa

Magnetismi

Generaattori

Kodin virtapiirit

Voimalaitokset

Energian säästö

9.lk

Maailmankaikkeus ja sen synty

Standardimalli

Protoni: https://www.youtube.com/watch?v=G-9I0buDi4s

Standardimalli

Noin neljä perusvuorovaikutusta.

  • Gravitaatio pitää galaksit ja maailmankaikkeuden kasassa
  • Sähkömagneettinen pitää atomit kasassa. Fotoni.
  • Vahva voima pitää ytimet kasassa. Gluoni.
  • Heikko voima hajottaa ytimet. W- ja Z-bosoni.

Fysiikan (luonnon) säilymislait

  • Energian säilymislaki
  • Varauksen säilymislaki
  • Liikemäärän (pyörimismäärän, spinin) säilymislaki
  • Leptonien ja baryonien erotuksen säilymislaki.
  • Värivarauksen säilymislaki

Atomin osat. Miksi ydin pysyy kasassa, koska sähköinen voima. 2 protonia: kiihtyvyys n. 13000km/s. Uraani? Vahva voima.

Vahva voima (gluonit).

  • Protoneita enintään 119: lyhyt kantama.
  • Protonien välillä (ydinfysiikka), kvarkkien välillä (hiukkasfysiikka)

Heikko voima (W- ja Z-bosonit hyvin raskaita; toinen varattu toinen ei).

  • Tunnistaa spinin ja erottaa materian antimateriasta.

Betahajoaminen : tai .

  • 14 6 C → 14 7N + e + νe
  • 31H → 32He + e + νe
  • n → p + e + νe.
  • Baryonit: kolmesta kvarkista koostuva hiukkanen: atomit
  • Leptonit. Leptonien säilyminen 1930-luvulla?
-hajoaminen
Säilymislaki 01n 11p + +!
Q (varaus) 0 +1 -1 0
B (baryonit) +1 +1 0 0
L (lepton) 0 0 +1 -1

Sama -hajoamisesta. Skipataan, mutta sama kvarkeilla (hiukkasfysiikkaa):

  • 01n → 11p + +
  • udd → uud + +
-hajoaminen
Säilymislaki d u + +!
Q (varaus) -1/3 +2/3 -1 0
B (baryonit) +1/3 +1/3 0 0
L (lepton) 0 0 +1 -1

Leptonit (kreikka, pieni).

Elektroni

  • Massa (e:n suhteen):
  • Elinaika:
  • Valo ja koko kemia

Muoni

  • Massa (e:n suhteen):
  • Elinaika:
  • G-2 -koe, jossa mitattiin muonin pyörimistä. . .

Tau

  • Massa (e:n suhteen):
  • Elinaika:

Neutriino

  • Radioaktiivisuus näytti rikkovan energian säilymislakia
  • vuorovaikuttaa vain heikon vrk:n kautta
  • Vuonna 1962 löydettiin kaksi muuta neutriinoa.
  • Auringosta tuli 1/3 siitä määrästä neutriinoista mitä tuli tulla: ehkä se vaihtaa identiteettiä (neutriino-oskillaatio). 1998-2001 neutriino-oskillaatio todistettiin.

Fermilabin videoita: https://www.youtube.com/c/fermilab/playlists

Kirja (WARREN SIEGEL, C. N. Yang Institute for Theoretical Physics): http://insti.physics.sunysb.edu/~siegel/errata.shtml

Sähkömagneettinen spektri

https://en.wikipedia.org/wiki/File:EM_Spectrum_Properties_edit.svg
Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported


  1. Ionizing radiation
    • Gamma radiation (the photons generated from nuclear decay or other nuclear and subnuclear/particle process are always termed gamma rays) // 10 pm / 30 EHz
    • # X-ray radiation (X-rays are generated by electronic transitions involving highly energetic inner atomic electrons) // 100 pm / 3 EHz
    • Extreme Ultraviolet EUV
  2. Near Ultraviolet NUV // 400 nm / 750 THz
  3. Visible light (light that humans can see) 400-700 nm
  4. Infrared radiation
    • Near Infrared
    • Mid Infrared
    • Far Infrared
  5. Microwave radiation
    • EHF // 1 mm / 300 GHz
    • SHF // 0.1 m / 3 GHz
      • Wifi: 900 MHz / 2.4 GHz / 3.65 GHZ / 5 GHz
    • UHF // 1 m / 300 MHz
  6. Radio waves
    • VHF // 10 m / 30 MHz
    • HF // 100 m / 3 MHz
    • MF // 1 km / 300 kHz
    • LF // 10 km / 30 kHz
    • VLF // 100 km / 300 Hz
    • ULF
    • SLF
    • ELF

https://en.wikipedia.org/wiki/File:Cellular_network_standards_and_generation_timeline.svg

Säteilysairaudet

Mullerin kirja Physics for Future Presidents, kpl 4: Radioativity https://muller.lbl.gov/teaching/Physics10/PffP_textbook/PffP-04-radioactivity-5-27.pdf

Tiivistelmä.

  1. Pulpettisi on radioaktiivinen
  2. Sinä olet radioaktiivinen
  3. Yhdysvaltain alkoholivirasto testaa alkoholijuomien radioaktiivisuuden. Jos se ei säteile tarpeeksi, sitä ei saa myydä. [Alkoholia voi tehtä öljystä (petroleum), mutta se on niin vanhaa, että C-14 on kadonnut.]
  4. Hiroshiman pommituksessa n 2% kuolleista kuoli säteilystä johtuvaan syöpään.
  5. Joka 5. kuolee syöpään ilman säteilyä.

Radioaktiivisuus tarkoittaa atomin ytimen räjähtämistä. Siinä vapautuva energia on mieletön verrattuna tavallisiin kemiallisiin prosesseihin: n 1 000 000 –kertainen. Ydin koostuu protoneista ja neutroneista. Niistä tuli jo viimeksi vähän standardimallin yhteydessä (kvarkit ja gluonit).

Atomin järjestysluku on protonien lukumäärä. Vedyllä 1, heliumilla 2, uraanilla 92. Neutronien lukumäärä voi vaihdella: saadaan isotooppeja.

  • Vety 1 p + 1e
  • Deuterium 1p + 1n + 1e. 1/6000 vedystä on deuteriumia: raskasta vettä.
  • Tritium 1p + 2n + 1e; 10^{-18} on tritiumin lkm. Tritium on radioaktiivinen. Käytetään lääketieteessä ja vetypommissa.

Oma nimi näillä isotoopeilla.

Over 99% of uranium found in the Earth has a nucleus with 92 protons and 146 neutrons, making up a total of 92+146 = 238 particles in the nucleus. This is called U-238. But about 0.7% of the uranium has only 143 neutrons in the nucleus instead of 146. This is a different “isotope” of uranium called U-235. It is very important, because U-235 plays a key role in the atomic bomb and nuclear reactors.

Säteily ja säteet.

Yleensä pieni hiukkanen lentää isosta ytimestä. Kun se aluksi läydettiin, kukaan ei tiennyt, mitä tulee ulos. . . Vaikuttivat samalta kuin Röntgen-säteet, jotka oli lydetty hieman aiemmin (1895). Huomattiin, että ytimestä tulee kolmenlaisia hiukkasia, joille annettiin nimet

  • alpha : pysähtyy paperiin. He-atomin ydin: He^{2+} (2p+2n)
  • beta: pysähtyy alumiiniin? Elektroni:
  • gamma: läpäisee 3m teräsbetonia: smg-säteilyä, gamma-oli jo viime tunnilla.

Hiukkaset eivät pysähdy heti. Ne kimpoavat atomeista useita kertoja ennen kuin pysähtyvät. Jokaisessa törmäyksessä ne voivat kimmottaa molekyyliun tai mutatoida geenin (mikä on geeni? – oli jo). Vaikutus on pieni, mutta. . . Mutta gammasäteily pruukaa absorpoitumaan atomiin, mutta atomi virittyy ja viritystilan purkautuessa lähettää uutta säteilyä, mikä tekee suurimman vaurion.

Säteily ja kuolema: REM / Sievert; 100 rem = 1 Sievert.

Säteilyn aiheuttamaa biologista vahinkoa kutsutaan nimellä sievert. Jos jokaisen ihon neliösentin läpäisee 2 miljardia gammasädettä, vaikutus on 0.01 sievert. 1 mrd ei ole suuri luku, koska atomit ovat pieniä. Yleensä keho korjaa vahingot. Säteilyn aiheuttamaa biologista vahinkoa kutsutaan nimellä REM. Jos jokaisen ihon neliösentin läpäisee 2 miljardia gammasädettä, vaikutus on 1 REM. 1 mrd ei ole suuri luku, koska atomit ovat pieniä. Yleensä keho korjaa vahingot.

Säteilymyrkytys. Lievän säteilysairaudet oireet: väsymys, energiamattomuus, hiusten lähtö.

  • Alle 1 sievert (100 rem): ei
  • 1 sievert (100 rem): solun aineenvaihdunta ei toimi: tulet sairaaksi
  • 1-2 sievert (100 – 200 rem) lievät
  • 3 sievert (300 rem) 50% tn kuolemalle 2 kk sisällä, jos ei hoideta. 300 rem on LD50. Lethal Dose
  • 10 sievert (1000 rem): kuolema 1-2 tunnissa.

Säteily ja syöpä. Paradoksi: keskimäärin syövän saa 2500 rem:llä, mutta 1000 rem tappaa parissa tunnissa? Suurin osa mutaatioista on harmittomia. Syöpä on todennäköisyyssairaus. Oikeasteen ei tiedetä: syöpä on yleinen sairaus. Ilman säteilyä, 20% kuolee syöpään. (joka viides – laske luokassa). Lisätään 1 rem: 1 uusi syöpätapaus (2500 ihmistä -> 501 syöpää keskimäärin).

Chernobyl 1986. PALJON JUTTUA alkuperäisessä

  • Paljon radioaktiivista materiaa
  • Useat palomiehet kuolivat säteilysairauksiin: useita satoja rem
  • Tuuli vei radioaktiivista ainetta; 25000-40000 ihmistä sai 45 rem; eli yhteensä 1 800 000 REM, josta saadaan ylimääräistä 1800000/2500=720 syöpäkuolemaa.
    • Muutenkin siellä kuoli 40000/5 = 8000 syöpään.
  • Aueelta, jossa 35 REM evakuoitiin
  • Tuuli vei tuhansia kilometrejä; Tukholmassa +1REM.
  • Arvio, että maailmaan tuli 60 000 000 REM: 24 000 ylimääräistä syöpätapausta maailmanlaajuisesti! (100 milj ihmistä; 20 milj syöpää ilman Chernobylia)
  • Lyhyt puoliintumisaika, olet sisällä: vuonna 2006 IAEA arvio, että 4000 ylimääräistä syöpäkuolemaa. (Joku arvioi, että 500 000).
    • Siis tn saada syöpä Chernobylin takia 20% -> 20.004%.

Hiroshima

  • Vain 2% kuoli syöpään: räjähdys, tuli, etc.
  • n 52 000 pelastui tulesta ja sai 0.5 rem tai enemmän; keskimäärin 20 rem: silloin syöpään kuolleita olisi 52000 x 20 /2500 = 416 kpl eli 0.8% 52000 ihmisestä.
  • Pommiin kuoli 50 000 - 150 000 ihmistä.

Hammasröntgen

  • Röntgenhoitaja poistuu tilasa
  • Lyijylevy suojaamaan
  • Yleensä annos on 1 mrem: tn saada syöpä on n 1/250 000 000

Säteily parantaa syövän

  • Eräs tehokkaimmista syövän


Tehtäviä. Tai tehkää kirjasta se säteilykappale

  • Laske: Ihmisessä on 40g kaliumia (K). Suurin osa on K-39 (stabiili), mutta 0.01% on K-40 (radioaktiivinen). Kuinka monta mg kehossasi on K-40?
  • Noin 1000 K-40 atomia räjähtää sisälläsi joka sekunti. Se tuottaa 16 mrem säteilyannoksen 50 vuoden aikana. Mikä on tn saada syöpä, olettaen, että syövän saa 2500 rem:llä?
  • Entäpä Yhdysvalloissa (Suomessa). USAssa on 300 miljoonaa asukasta. Kuinka moni
  • Hiili-14, C14. C-14 hajoaa keskimääri 5730 vuodessa. . . . Miksi alkoholissa on oltava radioaktiivisuutta?

Säteily

Beta-hajoaminen

α-säteily: Pysähtyy paperiin. He-ydin, eli 2p + 2n. Tunneloituminen.

β-säteily: Pysähtyy paksuun alumiinifolioon. Koostuu elektroneista (tai positroneista). Esimerkiksi

3215P → 32 16S+ + e + νe. (Pitäisi olla elektronin antineutriino, yläviivalla).

146C → 14 7N+ + e + νe. (Pitäisi olla elektronin antineutriino, yläviivalla).

2312Mg → 23 11Na- + e+ + νe.


Eli jotta varaus säilyy, protonin on muututtava neutroniksi:

  • 01n → 11p + +
  • udd → uud + +

https://www.schoolphysics.co.uk/age16-19/Nuclear%20physics/Nuclear%20structure/text/Feynman_diagrams/index.html


γ-säteily: Läpäisee 3m teräbetonia. Suhteellisuusteoria Failed to parse (SVG (MathML can be enabled via browser plugin): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle E=mc^2} . Esimerkki 60 27Co → 60 28Ni* + e + νe + γ (1.17 MeV)

60 28Ni* → + γ (1.33 MeV)


Minkä atomien ytimet joutuvat viritystilalle?

Massavaje
60 27Co 60 28Ni* + e + νe
Failed to parse (SVG (MathML can be enabled via browser plugin): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle m} 59.9338222 u 59.9307864(7) u 5.48579909065(16)×10−4
Yhteensä 59.9338222 u 59.931334979909065
Erotus 0.002487220090935 u
Failed to parse (SVG (MathML can be enabled via browser plugin): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://wikimedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle E=mc^2}

Feynmanin diagrammit -- hauskaa vain

For a comprehensive overview of QED, see Peskin and Schroeder's text. https://zzxianyu.files.wordpress.com/2017/01/peskin_problems.pdf

Ketjureaktio

Uraani-235 absorboi neutronin jos se tulee sopivalla nopeudella (energialla).

U-235 + n -> U-236 hajoaa (heikko vuorovaikutus).

23692U -> 8936Kr + 14456Ba + 2 n

Einstein: E mc2. Lasketaan m(Kr-89) + m(Ba-144) + 2m(neutroni) = 234.85812023176 u. Erotus m(U-236):een on 1.18744776824 u. Tämä muutetaan energiaksi: 1.18744776824 u x 1.660540199x10-27 kg/u x (299792458 m/s)2 = 1.77219482129305x10-12.

Mutta moolissa U-235:ta on 6.02214076x1023 atomia. Moolimassa M = m x NA. Uraanin moolimassa on m(U-235) = 235.0439299 u eli Avogadron luvun verran atomeita painaa 235.0439299 g. Siis energiaa tulee moolista 1067240666796.98 J = 1067.24066679698 GJ


TARKISTA NÄMÄ
Aine E/ mooli M E/g
U-236 1067 GJ/mol 235 4.540600845 GJ/g
Nitroglyseriini 1414 kJ/mol 227.085 6.2 kJ/g
TNT 227.132 4.184 kJ/g
Nitroselluloosa Example Example Example
Ruuti Example Example 3 J/g
Dynamiitti Example Example 0.075 J/g
Bensa Example Example 47.2 kJ/g
Rasva Example Example 37 kJ/g
Etanoli Example Example 29 kJ/g
Hiilihydraatit Example Example 17 kJ/g



Pu-239 + n

Alkuräjähdys ja maailmankaikkeuden historia

Taustasäteily (kosminen mikroaaltosäteily)

  • Vuonna 1964 Penzias & Wilson löysivät avaruudesta mikroaaltosäteilyä. Lähes samanlaista joka suunnassa! Tarkoitus oli tutkia, miten satelliittien kanssa kommunikoidaan.
  • Mustan kappaleen säteilyä, 2,725 K.
  • 1989 COBE -> 2,726 K.
  • WMAP (2001-2010).

https://en.wikipedia.org/wiki/Wilkinson_Microwave_Anisotropy_Probe

  1. Alkuräjähdys
  2. Gravitaatio erkani
  3. Vahva- ja heikkovoima erkani
  4. Kosminen inflaatio: kvarkkeja ja gluoneja
  5. Sähkömagneettinen vrk erkani: massa
  6. Protonit ja neutronit yhdistyivät ytimeksi.



Alkuräjähdyksen päävaiheet
Aikaväli Tapahtuma Kuvaus
0–10−43 s Planckin epookki alkusingulariteetti laajenee
10−43–10−35 s alkuräjähdys alkaa gravitaatio erkanee muista perusvuorovaikutuksista,
vahva vuorovaikutus erkanee sähköheikosta vuorovaikutuksesta
10−35–10−32 s kosminen inflaatio valoa nopeampi[1] laajeneminen,
aine on kvarkki-gluoniplasmaa
10−12–10−6 s kvarkkiepookki sähkömagnetismi ja heikko vuorovaikutus erkanevat toisistaan,
osa hiukkasista saa massan
10−6–1 s hadroniepookki hadronit muodostuvat kvarkki-gluonimassasta
100–300 s alkuräjähdyksen ydinsynteesi protonit ja neutronit yhdistyvät atomiytimiksi
380 000 vuotta rekombinaatio atomiytimet ja elektronit yhdistyvät atomeiksi, jolloin kosminen taustasäteily vapautuu
0,4 gigavuotta ensimmäiset tähdet syttyvät
13,8 Ga nykyhetki

Template:Katso myös



https://en.wikipedia.org/wiki/Big_Bang

Avaruus

NASA Mission To Mars Student Challenge and the exercises I use at Nasa Percevarence Challenge.

Statistiikkaa aurinkokunnasta: https://ssd.jpl.nasa.gov/#/?sstr=2022%20EB5&view=OPC

Muuta

https://www.ursa.fi/blogi/kraatterin-reunalta/summasen-syvaluotaus/?t=Vngn44z_Kqkyg9JpHuWVYg&s=33

  • Kraaterit
  • Anomaliat