Atomfysik, onsdag 13 maj

Med atomfysik brukar man främst avse elektronhöljets fysik. Det betyder att vi betraktar kärnan som en ytterst liten positivt laddad partikel i atomens centrum.
Elektronerna kretsar runt i olika energinivåer (skal, "banor", orbitaler etc.). I varje nivå ryms endast ett visst antal elektroner.
Normalt fylls de innersta nivåerna först. Det betyder 2 elektroner i innersta nivån (K-skalet) etc. som ni känner till från kemin.
Om en atom tillförs energi kan olika saker inträffa.
1) Är energin mycket stor (> c:a 10 eV, olika för olika atomer) kan atomen joniseras, dvs en elektron avlägsnas helt från atomen.
2) Är energin mindre kan en elektron lyftas upp till en högre nivå (för väte exempelvis från nivå 1 till nivå 5). När elektronen befinner sig i denna högre nivå säges atomen vara exciterad. En exciterad atom återgår ganska omgående till ett lägre energitillstånd genom att elektronen "trillar ner" en eller flera nivåer (för väte exempelvis från nivå 5 till nivå 2 och sedan vidare till nivå 1 /grundtillståndet/)
Den energi som frigörs när elektronen "trillar ner" sänds ut från atomen i form av en foton (En foton kan kanske liknas vid ett litet "energipaket" som inte har någon massa och inte kan göra annat än röra sig med "ljusets hastighet" och därmed transportera den energi atomen förlorat.)
Om nivå 5 i väteatomen har energin E(5) och nivå 2 energin E(2) blir fotonens energi
E(foton) = E(5) - E(2).
Denna energi är direkt kopplad till den ljusfrekvens fotonen representerar genom sambandet
E(foton) = h*f, där h är Plancks konstant.
Det går naturligtvis att koppla fotonenergin till ljusvåglängden istället.
Jämför hur jag representerade våglängd, frekvens och fotonenergi för elektromagnetisk strålning med tre tallinjer!
När ni har förstått att elektromagnetisk strålning är en sorts vågor som transporterar energi med hjälp av fotoner har ni kommit en bra bit på vägen!
Våglängden (eller frekvensen eller fotonenergin) avgör vilken sorts elektromagnetisk strålning det rör sig om (radio, IR, "ljus", röntgen etc.)
Förvissa dig om att du t.ex. kan räkna ut frekvens och fotonenergi när du vet våglängden!

När exempelvis ljus passerar genom "mycket smala springor" (vanligen ritsorna i ett gitter) inträffar ljusförstärkning (genom interferens) i vissa riktningar. Vet man avståndet mellan ritsorna (den s.k. gitterkonstanten) och mäter vinkeln till de olika ljusförstärkningarna kan ljusvåglängden beräknas med den s.k. gitterekvationen. Jämför experimentet på lektionen. Då kände vi istället ljusvåglängden (från lasern) och beräknade gitterkonstanten!
Det blir alla gånger ett tentaproblem på det temat :-)