(Permitiviteit van vacuüm)

Vergelijkbare documenten
TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 21 januari 2005 van 14:00 17:00 uur

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 16 november 2004 van 14:00 17:00 uur

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 16 januari 2006 van 14:00 17:00 uur

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 27 november 2003 van 09:00 12:00 uur

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 9 januari 2008 van 9:00 12:00 uur

(Permitiviteit van vacuüm)

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 21 november 2005 van 14:00 17:00 uur

Voor kleine correcties (in goede benadering) geldt:

Opgave 1 Golven op de bouwplaats ( 20 punten, ) Een staalkabel met lengte L hangt verticaal aan een torenkraan.

1 Een lichtbron zendt licht uit met een golflengte van 589 nm in vacuüm.

Tentamen. Kwantumchemie & Fysica (4051QCHFY-1314FWN) Datum: 10 April Tijd/tijdsduur: 3 uur

2.1 Wat is licht? 2.2 Fotonen

Exact Periode 5 Niveau 3. Dictaat Licht

Antwoorden Tentamen Fysica van de Vaste Stof woensdag 2 maart 2011, uur

Quantum Chemie II 2e/3e jaar

1 Welk van onderstaande schakelingen is geschikt om de remspanning te meten?

TENTAMEN. Van Quantum tot Materie

In de figuur hieronder zie je een Elektromagnetische golf: een golf die bestaat uit elektrische en magnetische trillingen.(zie figuur).

Exact Periode 5. Dictaat Licht

Tentamen Inleiding Quantumchemie (MST1171)

De Broglie. N.G. Schultheiss

QUANTUM FYSICA 1 3NB50. donderdag 28 oktober uur. Dit tentamen omvat 2 opgaven.

1 Atoom- en kernfysica TS VRS-D/MR vj Mieke Blaauw

ANTWOORDEN TENTAMEN. Van Quantum tot Materie

Uitwerkingen van het Tentamen Moleculaire Simulaties - 8C Januari uur

Fysische constanten. Elementaire lading (e) = C De lading van 1 elektron.

EXAMEN HOGER ALGEMEEN VOORTGEZET ONDERWIJS IN 1975

Kwantummechanica Donderdag, 29 september 2016 OPGAVEN SET HOOFDSTUK 1 - OPLOSSINGEN

Inleiding stralingsfysica

Exact Periode 7 Radioactiviteit Druk

Herkansing Toets T1 en T2 AAC. 08 november 2013

Tentamen Quantum Mechanica 2

Exact Periode 5.2. Licht

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (8N010)

In deze eindtoets willen we met jullie samenvatten waar we het in het afgelopen kwartiel over gehad hebben:

TENTAMEN. Thermodynamica en Statistische Fysica (TN )

Theory DutchBE (Belgium) De grote hadronen botsingsmachine (LHC) (10 punten)

Correctievoorschrift Schoolexamen Moderne Natuurkunde

Toets 01 Algemene en Anorganische Chemie. 30 september 2015

FYSICA-BIOFYSICA : FORMULARIUM (oktober 2004)

Toets T1 Algemene en Anorganische Chemie. 02 oktober 2013

(a) Noem twee eigenschappen die quarks en leptonen met elkaar gemeen hebben.

Fysica 2 Practicum. X-stralen

Schriftelijk examen Fysica: Elektromagnetisme 2e Ba Chemie, Biologie, Geografie, Bio-ir en Ir-arch

Hoofdstuk 5 Straling. Gemaakt als toevoeging op methode Natuurkunde Overal

Schoolexamen Moderne Natuurkunde

Kwantummechanica HOVO cursus. Jo van den Brand Lecture 4: 13 oktober 2016

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen OGO Fysisch Experimenteren voor minor AP (3MN10) en Tentamen Inleiding Experimentele Fysica (3NA10)

NATUURKUNDE. a) Bereken voor alle drie kleuren licht de energie van een foton in ev.

Schoolexamen Moderne Natuurkunde

- KLAS 5. c) Bereken de snelheid waarmee een elektron vrijkomt als het groene licht op de Rbkathode

7. Hoofdstuk 7 : De Elektronenstructuur van Atomen

Hoofdstuk 5 Straling. Gemaakt als toevoeging op methode Natuurkunde Overal

Fysica voor Beginners

Samenvatting H5 straling Natuurkunde

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Eindtoets Experimentele Fysica 1 (3A1X1) - Deel januari 2014 van 14:50 17:00 uur

Straling. Onderdeel van het college Kernenergie

Astrofysica. Ontstaan En Levensloop Van Sterren

TENTAMEN NATUURKUNDE

Eindtoets 3BTX1: Thermische Fysica. Datum: 3 juli 2014 Tijd: uur Locatie: paviljoen study hub 2 vak c & d

Statistiek voor Natuurkunde Opgavenserie 4: Lineaire regressie

Hoofdstuk 9: Radioactiviteit

MINISTERIE VAN ONDERWIJS, WETENSCHAP EN CULTUUR UNIFORM EXAMEN VWO 2015

Fluorescentie. dr. Th. W. Kool, N.G. Schultheiss

Aandachtspunten voor het eindexamen natuurkunde vwo

Tentamen Inleiding Astrofysica

Toets T1 Algemene en Anorganische Chemie. 01 oktober 2014

Schoolexamen Moderne Natuurkunde

Oplossing oefeningen. Deel 1: Elektriciteit

wisselwerking ioniserende straling met materie

Technische Universiteit Eindhoven Tentamen Thermische Fysica II 3NB65. 6 juli 2012, uur

1 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj Mieke Blaauw

Tentamen Simulaties van biochemische systemen - 8C110 3 juli uur

Fysische grondslagen radioprotectie deel 1. dhr. Rik Leyssen Fysicus Radiotherapie Limburgs Oncologisch Centrum

Definitie. In deze workshop kijken we naar 3 begrippen. Massa, Volume en Mol. Laten we eerst eens kijken wat deze begrippen nu precies inhouden.

Quantum Mechanica. Peter van der Straten Universiteit Utrecht. Peter van der Straten (Atom Optics) Quantum Mechanica November 20, / 14

Technische Universiteit Eindhoven Tentamen Thermische Fysica II 3NB januari 2013, uur

Schoolexamen Moderne Natuurkunde

Uitwerking Tentamen Klassieke Mechanica I Dinsdag 10 juni 2003

Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 10 Atomen ( ) Pagina 1 van 10

Klassieke en Kwantummechanica (EE1P11)

QUANTUMFYSICA FOTOSYNTHESE. Naam: Klas: Datum:

Eindexamen moderne natuurkunde vwo 2008-I

a Schrijf de eerste vier stappen op. b Waarom kunnen de β s die 234 Pa uitstoot, beter door een laagje plastic dringen dan de β s van

Tentamen Fysica: Elektriciteit en Magnetisme (MNW)

Kwantummechanica HOVO cursus. Jo van den Brand Lecture 2: September 29, 2016

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (8N010)

NATUURKUNDE - 5 VWO. e) Leg duidelijk uit waarom bij grote spanning de stroom constant wordt (RS in figuur 4.3)

NATUURKUNDE PROEFWERK

Fysische grondslagen radioprotectie deel 1. dhr. Rik Leyssen Fysicus Radiotherapie Limburgs Oncologisch Centrum

Tentamen Statistische Thermodynamica MST 19/6/2014

samenvatting interactie ioniserende straling materie

Herkansing tentamen: Kernenergie voor natuurkundigen

HOVO: Gravitatie en kosmologie OPGAVEN WEEK 1

Examen VWO. natuurkunde 1,2 Compex. Vragen 1 tot en met 12. In dit deel van het examen staan vragen waarbij de computer niet wordt gebruikt.

natuurkunde havo 2018-I

Het mysterie van massa massa, ruimte en tijd

Opgaven bij het college Kwantummechanica 3 Week 9

Transcriptie:

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Tentamen Stralingsfysica (3D1) d.d. 5 juni 1 van 9: 1: uur Vul de presentiekaart in blokletters in en onderteken deze. Gebruik van boek, aantekeningen of notebook is niet toegestaan, gebruik van de bijgevoegde formulebladen en rekenmachine wel. Opgaven kort en bondig beantwoorden. Te gebruiken constanten (tenzij anders vermeld): h = 6,66 1-34 Js k = 1,381 1-3 JK -1 c =,998 1 8 m/s e = 1,6 1-19 C N a = 6, 1 3 mol -1 V m =,4 liter (1 atm, ºC) R = 1,97 1 7 m -1 (Constante van Planck) (Constante van Boltzmann) (Lichtsnelheid) (Elementaire lading) (Constante van Avogadro) (Molair volume) (Constante van Rydberg) µ B = 9,74 1-4 J/T (Bohr magneton) ε = 8,854 1-1 F/m u = 1,6656 1-7 kg = 931,494 MeV/c m e = 9,19 1-31 kg =,548 u m p = 1,67 1-7 kg = 1,7766 u m n = 1,675 1-7 kg = 1,86654 u (Permitiviteit van vacuüm) (Atomaire massa-eenheid) (Massa elektron) (Massa proton) (Massa neutron) M( 1 H) = 1,785 u (Atoommassa waterstof) Voorlopige waardering: a b c d e f totaal Opgave 1 5 4 8 5 8 1 4 Opgave 8 8 4 3 5 Opgave 3 6 3 4 15 Opgave 4 4 6 1 Totaal 1 punten

Formulebladen Stralingsfysica Stralingswetten,898 1 3 maxt = mk (Verschuivingswet van Wien) u T A 5 e B/ T ( ) = (Stralingswet van Wien) ( ) = 4 T CT u (Wet van Rayleigh-Jeans) 8πhc 5 u ( T ) = e hc/ kt 1 (Stralingswet van Planck) Fotoeffect en Comptonverstrooiing hf = ev +φ (Fotoelektrische vergelijking) E ( m ) ( ) c + pc = (Relativistische energie-impuls relatie) ' = c h m ( 1 cosθ ) (Compton verstrooiing) Atoommodel van Bohr 1 1 f = Rc (Formule van Rydberg) n m r n 4πε n h = (Straal van de n-de baan) me E n = 1 ( 4πε ) me 4 h n 1 13,6 = ev n (Energie van de n-de baan) 13,6Z = ev (Idem, voor atomen met meer dan 1 elektron) n E n Golfmechanica

h = p (De Broglie golflengte) d Ψ m + ( E U ) Ψ = dx h (Schrödinger s golfvergelijking) Interactie straling met materie I = e µ t I µ = w µ ρ i i ρ i (Verzwakking straling door materie) (Verzwakking in mengsel) µ = µτ + µσ + µκ met µ τ Z 4,5 E 3, γ µ σ ZE 1, µ κ Z Kernfysica R = r A1/3 (Kernstraal) Btot ( ZM + Nm A M ) c = (Bindingsenergie) H N Z Q = ( m m ) c (Q-waarde) initial final Verval dn dt = N; N = N e t (Verval) ( e t ) dn R = R N; N = 1 (Produktie en verval) dt t t t N t = N e N t = 1 ( ) 1 ; ( ) N e 1 e (Moeder-dochter relatie) 1 1

Opgave 1 a) In de onderstaande figuur staat schematisch het experiment van Franck en Hertz weergegeven. Hierin worden in een met kwikdamp gevulde buis door middel van verhitting elektronen uit een kathode C uitgezonden. Deze elektronen worden versneld over een potentiaalverschil V in de richting van een grid G. De elektronen vliegen (ongehinderd) door het grid G in de richting van een plaat P. Tussen grid G en plaat P staat een kleine vertragende spanning V van ongeveer 1,5 V. De stroom elektronen I op plaat P kan gemeten worden met de ampèremeter A. Kwik heeft een geëxciteerde toestand bij 4,9 ev. Maak een duidelijke schets van de versnelspanning V tegen de gemeten stroom I. Verklaar de schets. b) Metallisch natrium wordt bestraald met licht met een golflengte = 4 nm. De rempotentiaal is dan gelijk aan,65 V. Als de golflengte veranderd wordt naar = 31 nm wordt de rempotentiaal gelijk aan 1,69 V. Gebruik alleen deze data, de lichtsnelheid en de lading van het elektron om de werkfunctie van natrium en de waarde van de constante van Planck te berekenen. c) Bij de overgang van een elektron van toestand E i naar toestand E f wordt een foton uitgezonden. De energie van dit foton is niet precies gelijk aan E = E i E f doordat uit de wet van behoud van impuls volgt dat een deel van de energie gaat zitten in de kinetische energie van het atoom (de recoil energie). i) Toon aan dat de energie van het foton in goede benadering gelijk is aan ( E) Eγ E met M de massa van het atoom. Mc ii) Bereken de recoil energie van het waterstof atoom bij de overgang van een elektron van de eerste aangeslagen toestand naar de grondtoestand? d) Een gas bestaande uit atomaire waterstofatomen in hun grondtoestand wordt beschoten met elektronen met een kinetische energie van 1.3 ev. Wat is de golflengte van de straling die hierbij vrijkomt? Idem, als de elektronen vervangen worden door fotonen met een energie van 1,5 ev. Verklaar uw antwoord.

e) Bereken de ouderdom van het zonnestelsel uit de volgende gegevens: 35 U heeft T 1/ =,7 1 9 jaar en een relatief voorkomen van,7% 38 U heeft T 1/ = 4,5 1 9 jaar en een relatief voorkomen van 99,75% Modelberekeningen wijzen op een isotopenverhouding van 35 U/ 38 U =,316 tijdens de creatie van het zonnestelsel. f) 6 Ra vervalt via α-verval naar Rn. Bereken de kinetische energie van het α- deeltje. Gegeven de atoommassa s: M( 6 Ra) = 6,543 u M( Rn) =,17571 u M( 4 He) = 4,63 u Opgave Een klassieke oscillator is een voorwerp met massa m dat bevestigd is aan een veer met veerconstante k. De kracht die op het voorwerp uitgeoefend wordt is gelijk aan F = kx met x de uitwijking vanuit de evenwichtspositie x =. Uit de wetten van Newton volgt dat de frequentie van de oscillator gelijk is aan ω = k / m. Deze oscillator heeft een maximale kinetische energie op de positie x= en de kinetische energie is gelijk aan nul op het omkeerpunt (dit is ook de definitie van omkeerpunt). Kwantummechanisch kunnen we een (harmonische) oscillator zien als een deeltje met massa m in een eendimensionale potentiaalput. De potentiaal wordt dan gegeven door: 1 1 U ( x) = mω x = kx. De golffunctie voor de grondtoestand (n=) en de eerste aangeslagen toestand (n=1) van deze potentiaalput wordt gegeven door respectievelijk: Ψ Ψ ( x ) 1 ( x ) = C 1 e = C xe 1 β 1 β mω met β = x en en (normerings)constanten. h De bijbehorende energieniveaus zijn gelijk aan. a) Schrijf de tijdsonafhankelijke Schrödingervergelijking op voor een deeltje in deze potentiaalput. Verklaar de symbolen die u gebruikt. b) Laat zien dat Ψ ( x ) voldoet aan de tijdsonafhankelijke Schrödingervergelijking voor bovenstaande potentiaal en dat de energie van de grondtoestand gelijk is aan.

c) Maak een duidelijke schets van de potentiaal als functie van x. Teken in deze schets ook de energie en de golffunctie van de grondtoestand. Geef ook duidelijk aan waar het (de) klassieke omkeerpunt(en) liggen. Wat is het grote verschil met de klassieke oscillator? Een voorbeeld van een harmonische oscillator is de trilling (vibratie) van een natrium atoom in een kristal. Het natrium atoom met een massa van 3,8 1 kg voert een simpele harmonische beweging uit in het kristal. De potentiële energie neemt toe met,75 ev als het atoom,14 nm verplaatst ten opzichte van de evenwichtspositie. d) Bereken de hoekfrequentie van het trillende natrium atoom. e) Een natrium atoom zendt een foton uit gedurende de overgang van een vibratieniveau naar het volgende lager gelegen vibratieniveau. Wat is de golflengte van het uitgezonden foton? In welk gebied van het elektromagnetisch spectrum ligt deze golflengte? Opgave 3 Maak bij het beantwoorden eventueel gebruik van bijgevoegde massatabel. 7 Ga kan vervallen via β - -verval en elektronvangst (EC) maar niet via β + -verval. De vervalconstante voor β - -verval is β -=5,438 1-4 s -1 en voor EC is EC =,18 1-6 s -1. a) Wat zijn de eindkernen in de twee vervalprocessen? Verklaar uw antwoord met de vervalprocessen en geef daarbij de A, Z en N van de nieuwe kernen. b) Leidt een uitdrukking af voor de Q-waarde van β - -verval, elektronvangst (EC) en β + -verval waarbij in de einduitdrukking de atoommassa s van de betrokken atomen gebruikt worden. Ga bij de afleiding uit van de definitie van Q-waarde. c) Laat met behulp van de Q-waarde zien dat inderdaad β - -verval en elektronvangst (EC) mogelijk zijn maar β + -verval niet. d) Hoeveel atomen van de verschillende dochternucliden zijn er na 1 halveringstijd gevormd uit 1 mg 7 Ga?

Opgave 4 a) Een Na-bron zendt positronen uit die in de bron zelf volledig worden geabsorbeerd. De fotonen die hierbij ontstaan vallen vervolgens op een preparaat dat op een bepaalde afstand van de bron staat. Beschrijf kort de belangrijkste processen die plaats kunnen vinden bij de interactie van deze fotonen met het preparaat. b) Een mono-energetische bundel fotonen met een energie van 66 kev valt op een stralingsdetector. Een stralingsdetector bestaat vaak uit een halfgeleider materiaal (bv. Ge) waarin de interactie van de fotonen plaatsvindt. Met zo n detector wordt in feite het energiespectrum van de elektronen gemeten. Bij Comptonverstrooiing geldt dat, in het geval van mono-energetisch invallende straling met een energie h ν, de energieverdeling van de elektronen gegeven wordt door onderstaand energiespectrum. In dit spectrum is E de energie van de elektronen en dn/de het aantal elektronen in een energie-interval. Bereken E c. c) Een foton met een energie van 1173 kev wordt Compton verstrooid aan een vrij elektron in rust. Het verstrooide foton maakt een hoek van 45 ten opzichte van de richting van het invallende foton. i) Bereken de energie van het verstrooide foton en de kinetische energie van het elektron na de verstrooiing? ii) Onder welke hoek vertrekt het elektron?

Bijlage: Massatabel m p = 1,7766 u m n = 1,86654 u Z A Atoom- Massa (u) Z A Atoommassa (u) H 1 1 1,7854 Ga 31 65 64,93738,141 66 65,93159 3 3,1649 67 66,985 68 67,97983 He 3 3,169 69 68,95581 4 4,63 7 69,967 71 7,9477 Li 3 6 6,1511 7 71,9637 7 7,163 73 7,9517 8 8,486 Ge 3 67 66,93737 Cu 9 59 58,93953 68 67,9896 6 59,937366 69 68,97969 61 6,933461 7 69,945 6 61,93586 71 7,94954 63 6,99599 7 71,979 64 63,99766 73 7,93463 65 64,97793 74 73,91177 66 65,9887 75 74,9858 67 66,97747 76 75,914 68 67,996 77 76,93548 Zn 3 6 61,934334 As 33 7 69,9399 63 6,93315 71 7,97114 64 63,99146 7 71,96755 65 64,9945 73 7,9387 66 65,9636 74 73,9398 67 66,97131 75 74,91594 68 67,94847 76 75,9393 69 68,96553 77 76,9646 7 69,9535 78 77,9183 71 7,9777 79 78,9946