1
Atomfysik och Energi vt 2014
Atomfysik
Atomen
Elementarpartiklar – proton, elektron, neutron.
Isotoper
Atomnummer
Masstal
Radioaktivitet
Alfa-, Beta och Gamma-strålning
Joniserande strålning, vad betyder det?
GM-mätare, dimkammare, dosimeter.
Bakgrundsstrålning
Halveringstid
o Kol-14-metoden
Fission
Fusion
Energi
Olika energiformer – LEKSVERK
Kan energi lagras?
Energi kan omvandlas mellan olika former.
Energiprincipen
Arbete, en sorts energiomvandling.
El och el-överföring
Energiomvandlingar i natur och teknik
Spillvärme
Verkningsgrad
Enheter för energi (s.270)
Evighetsmaskiner
Kretslopp (återvinning och återanvändning)
E=mc2, vad betyder formeln?
Energikvalitet
Flödande energi och lagrad energi (”lager-flöden-fonder”)
Känna till lite om olika sätt att framställa energi till våra hushåll (vindkraft, vattenkraft,
kärnkraft m.m. Fördelar/nackdelar)
2
Atomnummer är detsamma som ________________________________
Masstal är detsamma som _____________________________________
Uppgift 2:
Antal
Atom
Nr
Masstal
Symbol
Ämne
protoner
neutroner
3
elektroner
4
14
Kol
14
7
14
Fe
13
31
Uppgift 3:
Antal
Atom
Nr
Masstal
1
3
Symbol
60
68
Ämne
protoner
neutroner
24
28
Kobolt
Zn
Po
Polonium
130
elektroner
3
Arbetsblad strålningstyper
Namn
Består av
Räckvidd i luft
Stoppas av
Annat intressant
4
5
Arbetsblad – Kärnreaktioner
FISSION
Vad betyder ordet fission? _____________________________________________________________________
Hur går en fission till? __________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
Till vilka ändamål används fission? _______________________________________________________________
Varifrån kommer energin som bildas vid en fission? _________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
Över vilka två städer i Japan fälldes atombomber under 2:a världskriget? ________________________________
____________________________________________________________________________________________
På vilket sätt blir en fission en kedjereaktion? ______________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
Vad är problemet med kärnkraft? ________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
FUSION
Vad betyder ordet fusion? ______________________________________________________________________
Hur går en fusion till? __________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________
Varifrån kommer energin i en fusion? _____________________________________________________________
Var någonstans vet vi att fusion ständigt äger rum? __________________________________________________
Varför kan vi inte använda fusionskraft på jorden? __________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
6
Testa dig själv – Atomfysik
1. Hur skulle du vilja förklara ordet ”grundämne”? _______________________________
_____________________________________________________________________
2. Vad är en atom? ________________________________________________________
3. Vilka tre elementarpartiklar består en atom av? _______________________________
_____________________________________________________________________
4. Vilka två av dessa är tyngst?_______________________________________________
5. Vilken laddning har de olika elementarpartiklarna? ____________________________
_____________________________________________________________________
6. Vad betyder 2H och 3H? __________________________________________________
_____________________________________________________________________
7. Kan du rita 3H utan att titta i boken? (Gör det.)
8. Läs den gula rutan på s.226 och försök få en känsla för hur liten en atom är.
9. Hur gick det till när Bequerel upptäckte radioaktiviteten? _______________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
10. Varför fick två nyupptäckta radioaktiva ämnen namnen Polonium och Radium? _____
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
11. Av vad består en alfapartikel? _____________________________________________
_____________________________________________________________________
12. Vad händer med en atoms atomnummer och masstal när den skickat iväg en alfapartikel?
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
13. Hur kan man få i sig alfapartiklar (och inte få i sig)? ____________________________
_____________________________________________________________________
7
14. Vad bör man göra med hus som innehåller mycket radon? ______________________
_____________________________________________________________________
15. Av vad består betastrålning? ______________________________________________
16. Vad händer med en atoms atomnummer och masstal när den skickat iväg betastrålning?
_____________________________________________________________________
17. Vad är det som skiljer gammastrålning från de andra två strålningstyperna? ________
_____________________________________________________________________
18. Vad har ”tjejen” på s.231 på sin skjorta? ____________________________________
19. Varför tror du att hon har det? ____________________________________________
_____________________________________________________________________
20. I vilken enhet mäts radioaktivitet?__________________________________________
21. I vilken enhet mäts mottagen dos strålning? __________________________________
22. På vilka sätt kan man mäta eller detektera strålning? ___________________________
_____________________________________________________________________
23. Skriv korta bildtexter till bilderna 1 till 3, tjuvkolla inte i boken! Testa dig själv.
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
24. Hur många procent av ett ämne återstår efter två halveringstider? ________________
25. Kan du i dina anteckningar se hur en brandvarnare fungerar?
8
26. Fyll i tabellen, använd uppgifterna på s.237 i Fysikboken.
AtomSymbol
nummer
namn
Li
Protoner
Neutroner
Elektroner
4
Fluor
94
Antal
Ämnets
Masstal
10
75
33
241
95
241
27. Gör uppgift 11 på sidan 239.
28. Gör uppgift 16 på sidan 239.
9
Sammanfattning Radioaktivitet
Atomen
Atomen är vår minsta byggsten som all materia är uppbyggd av.
En atom består av:
Positivt laddade protoner.
Oladdade neutroner.
Negativt laddade elektroner.
Varje grundämne har ett eget atomnummer, vilket är detsamma som antalet protoner i atomkärnan.
Om man lägger ihop antal protoner och neutroner får man masstalet.
Ett grundämne har alltid samma antal protoner (t.ex. väte har alltid en proton och kväve har alltid 7
protoner). Däremot kan antalet neutroner variera och detta gör att det kan finnas flera olika
varianter (isotoper) av samma ämne. Väte-1, väte-2, väte-3.
Radioaktivitet
Strålning eller radioaktivitet betraktas ofta som farligt. Man kan bli sjuk av strålning om man får
mycket strålning på sig eller om det sker under en längre tid.
Strålning förknippas ofta med kärnvapen och kärnkraft, men används ofta i sjukvården som t.ex. vid
cancerbehandling.
Strålningen kallas ibland för ”joniserande”, dvs den kan slita loss elektroner så att våra celler
förändras/skadas.
Det finns tre typer av strålning:
1. Alfa-strålning: består av alfapartiklar med kort räckvidd (några cm), strålningen stoppas av
huden men kan vara farlig om den kommer in i kroppen. Radon är ett alfastrålande ämne
som finns i vissa äldre byggmaterial, kan då finnas i luften och andas in.
2. Beta-strålning: består av betapartiklar som har några decimeters räckvidd i luft. Lite svårare
att få stopp på men ändå enkelt.
3. Gamma-strålning: Består av energirik kortvågigt ljus som tränger genom det mesta och är
därför svår att skydda sig mot (på det viset är den farlig).
Radioaktiva atomer ”faller sönder” och sänder ut strålning. Nya atomer bildas eftersom ämnets
atomnummer ändras. Det betyder att radioaktiviteten hos ett ämne minskar hela tiden. Den tid det
tar för radioaktiviteten att minska till hälften kallas halveringstid.
Halveringstiden hos ett ämne kan vara mycket kort (några minuter) eller mycket lång (tusentals år).
Med hjälp av Kol-14-metoden kan man ta reda på åldern på organiska föremål. Man mäter
strålningen som föremålet sänder ut och jämför med halten kol-14 i luften. Kol-14 har en
halveringstid på 5700 år och har strålningen sjunkit till hälften är alltså föremålet 5700 år gammalt.
10
Forts. sammanfattning
Enheter
Radioaktivitet anges i enheten 1 Bequerel och anger antal atomsönderfall per sekund. T.ex. 370 kBq
= 370.000 sönderfall/sekund.
Mottagen dos strålning (hur mycket man fått på sig) mäts i Sievert (S) efter en svensk
vetenskapsman.
Man kan se eller mäta strålning med en GM-mätare, som knäpper och sprakar när den träffas av
radioaktiva partiklar. Ju mer den knäpper desto mer strålning.
En dimkammare kan visa strålningen, man ser stråk av dimma efter varje radioaktiv partikel som
sänds ut. (söktips youtube: ”cloud chamber” eller ”dimkammare”)
En dosimeter kan man t.ex. sätta på sin rock inne på jobbet. Dosimetern kan sedan analyseras för att
se hur mycket strålning man utsatts för. Man kan också hänga upp en hemma för att kontrollera hur
mycket radon man har i sin inomhusluft.
Bakgrundsstrålning
Strålning finns överallt. Den strålning som ständigt kommer från marken, våra byggnader, från
rymden m.m. kallas bakgrundsstrålning. Den är en helt naturlig del av livet, och inte farlig.
Bakgrundsstrålningen kan variera, på vissa platser är den högre och på vissa lägre.
Vissa byggmaterial strålar mer än andra, vissa typer av betong som användes tidigare används inte
längre.
Fission
Fusion
Kärnreaktioner
Det finns två typer av kärnreaktioner: Fusion och fission. Vid båda frigörs mycket energi. En del av
massan försvinner och omvandlas till energi.
Fusion: sammanslagning av atomkärnor, t.ex. två väteatomer blir en heliumatom. Solen är en
fusionsreaktor. Går ej att kontrollera pga de mycket höga temperaturer som krävs. Vi kan bara göra
fusionsbomber och inte utnyttja fusion på fredligt vis.
Fission: klyvning av atomer. T.ex. en uranatom delas och blir två mindre atomkärnor. Används i
kärnkraftverk för att tillverka el, och i atombomber. Ingen koldioxid släpps ut vid processen men det
bildas radioaktivt avfall som man måste ta om hand på ett säkert sätt.
Fissionen startas genom att en atom träffas av en neutron och klyvs. Vid klyvningen skickas nya
protoner ut som startar nya klyvningar av atomer. Fissionen går nu av sig själv, en kedjereaktion har
startat!
11
Vår energiförsörjning
Försök att lista upp så mycket för- och nackdelar du kan med olika energiresurser du kan.
Fördelar
Vattenkraft
Vindkraft
Kärnkraft
Fossila
bränslen (kol,
olja, naturgas)
Nackdelar
12
Solenergi
Energiskog
Sopförbränning
Jord- och
bergvärme
Studera tabellerna på sidan 285.
Vad tror du kommer hända i framtiden? Hur ser framtiden ut?
Vad kan vi göra för att få en hållbar utveckling?
13
Sammanfattning Energi och materia
Det finns 8 olika former av energi: (LEKSVERK)
L = Lägesenergi
E = Elektrisk energi
K = Kemisk energi
S = Strålningsenergi
V = Värmeenergi
E = Elastisk energi
R = Rörelseenergi
K = Kärnenergi
Vissa energiformer kan lagras: lägesenergi, kemisk energi
Vissa kan inte lagras: strålningsenergi
Energiprincipen: Energi kan inte nyskapas eller förstöras, bara omvandlas.
Energi kan omvandlas från en form till en annan: Strålningsenergi kan bli värmeenergi.
Strålningsenergi kan bli kemisk energi (fotosyntes)
Arbete är ett mått på hur mycket energi som omvandlas/överförs i samband med en kraft och en
förflyttning. Ex. gå uppför en trappa.
El eller ”Elöverföring”: energi kan överföras med hjälp av elektrisk ström.
Spillvärme: vid en energiomvandling bildas spillvärme, bensinmotorn blir varm, du blir varm mär du
springer etc.
Verkningsgrad: hur effektiv är en energiomvandling, dvs hur mycket spillvärme bildas. Bensinmotorn:
70% spillvärme alltså 30% verkningsgrad. Man kan inte bygga evighetsmaskiner eftersom
energimängden minskar hela tiden, avgår som spillvärme.
Energi mäts i enheten Joule (J).
Lagrad energi är sådan energi som kan sparas och användas när man vill, ex. olja, naturgas, ved och
torv.
Flödande energi är sådan energi som inte kan sparas, ex. rörelseenergin i vinden, strålningsenergin
från solen.
Lager, flöden, fonder:
Lager: tar slut (olja, naturgas)
Flöden: måste tas till vara på i stunden (vinden, solstrålningen)
Fonder: Växer med hjälp av fotosyntesen (energiskog, ”biobränslen”)
Återvinning: man återvinner materialet, t.ex. gör nya läskburkar av redan använda.
Återanvändning: man diskar flaskan och använder den igen, man köper en jacka på Second Hand.
