Veckorna 19 -20

Månd 5 maj:
Vi fortsätter att utveckla fotonbegreppet. Kanske lyckas vi få lite insikt i att "ljus" har både vågegenskaper (våglängd, kan brytas, interferera etc.) och partikelegenskaper (fotonerna). Jag ska försöka visa en enklel variant av "fotoelektriska effekten". Det var för att han lyckades förklara det fenomenet (genom att ge ljuset fotonegenskaper) som Einstein fick sitt nobelpris.
Förbered er gärna genom att slå upp eller googla på "fotoelektriska effekten", "foton" etc.
Pröva gärna att lösa följande uppgift:
Hur många fotoner (ungefär!) sänds ut varje sekund från en 60 W-lampa?
Börja med att räkna ut vilken våglängd som dominerar i ljuset från lampan. Antag t.ex. att glödtråden är 3000 grader, och använd Wiens förskjutningslag.
Antag sedan att det bara är den våglängden som emitteras. (Det är förstås inte sant, det finns ju både längre och kortare våglängder; men det kan du kanske bortse från vid beräkningen!).
Hur mycket energi sänder lampan ut varje sekund? E = P*t
Hur många fotoner behövs för att "ta hand om" denna energimängd? Du vet att varje foton har energin E = hf eller E = hc/våglängden.

Jag kommer också att ta upp lite om spektralanalys, och vi kommer att gå igenom laborationen vi ska göra den 13 maj.

Blir det mycket tid över kanske jag hinner visa att elektronerna faktiskt också har våglängd! Men det får i så fall bli som grädde på moset.

Tisd. 13 maj:
Laboration: Spektroskopi

Fred. 16 maj:
Hur fungerar en laser? Något om lasertillämpningar. Vad är egentligen färg?

Fysiklektionen den 29 april

Äntligen dags för lite mera fysik!
Den tredje skolperioden kommer vi att bekanta oss med den "moderna fysiken", alltså 1900-talets fysik, vilken också kan karaktäriseras som "atom- och kärnfysik".

Leta gärna rätt på stencilen "Matematiska modeller för elektromagnetisk strålning" och repetera de två första sidorna, d.v.s. Stefan-Boltzmanns strålningslag och Wiens förskjutningslag. Sedan kan ni bläddra fram kap 2 i B-boken. Har ni första upplagan kan ni bekanta er med hela kap. 2. Ni som har 2:a upplagan kan studera sidorna 68 - 84.

Temperarurstrålningen enl. Stefan-Boltzmans lag innehåller alla våglängder (i praktiken inom ett visst intervall) med maximum för en viss våglängd. Skickar man sådan strålning (exempelvis från en glödlampa) genom ett gitter erhålles ett spektrum med "alla regnbågens färger". Ett sådant spektrum kallas kontinuerligt spektrum.

Tittar man på ljuset från exempelvis ett lysrör genom ett gitter syns också ett spektrum, men det innehåller bara vissa färger. Ett sådant spektrum kallas linjespektrum, och den strålningen emitteras (sänds ut) på ett annat sätt. Den kommer från atomernas energinivåer, och det ska vi behandla under lektionen. Vi kommer att se, att strålningen från olika ämnen innehåller olika färger (våglängder).
Ljuset från väteatomen var lättast att analysera, och man (Rydberg och Balmer på 1800-talet) lyckades hitta en formel som beskrev vilka våglängder som fanns i "väteljuset". Men ingen hade egentligen någon aning om varför formeln såg ut som den gjorde.
Strax före sekelskiftet upptäcktes elektronen, och Rutherford lyckades visa att elektronerna "kretsade kring kärnan".
Och något decennium senare begrep dansken Niels Bohr varför Rydbergs formel såg ut som den gjorde.
Målet för lektionen blir alltså att vi ska försöka förstå hur Bohrs atommodell fungerar!
Häng med!

Ute i blåsväder

Hittade en gammal uppgift att vindkraftverket i Maglarp i Skåne har en propellerdiameter på 78 m och ger maximal effekt 3,0 MW vid vindstyrkan 14 m/s.
Hur stor del av vindens energi tas tillvara av verket?
(Du kanske minns att vi "vägde luft" en av de första lektionerna, och vi kom fram till att 1 kubikmeter vägde ungeför 1,25 kg.)

Lite historik
Maglarpverket uppfördes 1981 , strax utanför Trelleborg. Det var vid den tiden det största vindkraftverket i världen. Under nästan tolv år producerade det drygt 36 gigawattimmar, vilket var världsrekord för ett enskilt vindkraftverk fram till 2002.
Bullerproblem och höga driftkostnader ledde till att projektet avslutades. Vindkraftverket var i drift från sommaren 1982 till den 24 maj 1993.

75 gram is smälter.

Problemet med isbiten i vatnet är väldigt lätt, om du börjar på rätt sätt. Om du misstänker att vattnet som bara är 20 grader inte lyckas smälta hela isbiten, kan du anta att m gram av isbiten smälter. Då blir ekvationen så här enkel:
Avgivet värme (vattnet) = Upptaget värme (isbiten)
4190*0,3*20 = 334000*m
m = 0,075

Svar: 75 g av isbiten smälter till nollgradigt vatten. Resultatet blir alltså 375 g nollgradigt vatten med en nollgradig isbit i som väger 25 g.

PS. Börjar du på "annat sätt", t.ex. antar att vattnet blir t grader eller något sådant får du naturligtvis också en lösbar ekvation, men resultatet blir sådant att du bör misstänka att du är ute på "svag is".

Dags för ett värsting-problem ?

I 3 dl 20-gradigt vatten lägger man en nollgradig isbit som väger 0,1 kg. Vad blir resultatet? För enkelheten skull bortser vi från värmeutbyte med omgivningen och vi bortser även från att vattnet befinner sig i ett kärl av något slag.

En kilowattimme till !

Ja, som ni säkert räknat ut går det åt (knappt) 1 kWh för att koka upp 10 liter vatten. Tro nu bara inte att svaret på alla energiuppgifter blir 1 kWh ;-/
Men faktum är att om ni tappar bilen från Eiffeltornets topp, så räcker den förlorade energin till att koka upp 10 liter vatten, eller hur?

varmvatten

Ja, vi tar väl en lätt uppgift till.
Hur många kWh går det åt för att koka upp 10 liter vatten?
Vi förutsätter att vattnet tappas upp från kallvattenkranen :-)

1 kWh

Ja, ni har säkert räknat ut att det går åt c:a 1 kWh att lyfta upp bilen till Eiffeltornets topp. Det är en "energiklassiker" och en bra minnesregel för "vad en kWh är". Det kostar alltså c:a 1 krona att lyfta upp bilen. Dyrt?

Energi i Paris

Vi kör en lätt till innan helgen:

Hur många kWh går det åt att lyfta upp en bil från marken till Eiffeltornets topp?

Eiffeltornet lär vara c:a 300 meter, och vad bilen väger hittar du i besiktningsinstrumentet :-)

3 miljoner liter bensin blev det!

Ni har säkert redan räknat ut att varselbelysningen kräver c:a 3 miljoner litr bensin per år i Sverige med de givna förutsättningarna.
Det gäller ju bara att ha koll på enheterna (som vanligt):
50 W = 0,05 kW och tiden per bil och år blir 0,5*365 h.
Alltså:

E = P*t = 2000000*0,05*0.5*365 kWh = 18250000 kWh = 18250 MWh

Om varje kubikmeter bensin ger 6 MWh krävs 18250/6 kubikmeter = 3041 kubikmeter eller om man så vill 3041000 liter.

Med hänsyn till uppgiftens natur är 3 miljoner liter ett vettigt svar!