Warmte en straling De correcte bewering aankruisen: -
WAAR
FOUT
Lichtgolven noemt men ook wel elektromagnetische golven. Het zichtbaar lichtspectrum is een klein onderdeel van het E.M -spectrum Rood licht heeft een kleinere golflengte dan geel licht? Blauw licht heeft een grotere frequentie dan groen licht? De golflengte van oranje licht ligt tussen dit van geel en groen licht? De frequentie van (-stralen zijn kleiner dan deze van microgolfstralen? X-stralen bezitten meer energie dan UV-stralen? Een microrgolfoven werkt met (-stralen?
Hoe groter de golflengte, hoe kleiner de frequentie - Hoe kleiner de golflengte, hoe groter de frequentie Hoe groter de golflengte, hoe groter de frequentie Een golflengte van 5cm komt overeen met een frequentie van 6.104 Hz - Een golflengte van 5cm komt overeen met een frequentie van 6.106 Hz Een golflengte van 5cm komt overeen met een frequentie van 6.109 Hz -
De absorptielijnen van de zon geven ons infomatie over de inwendige samenstelling van de zon.
-
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Scheidingswand
Hoge temp.
Lage temp.
In beide ruimten (links en rechts) bevinden zich evenveel gasmoleculen. We halen de scheidingswand weg. Na een korte tijd meten we over de ganse ruimte een gelijke temperatuur. Verklaar dit. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Bij vochtige lucht en een buitentemperatuur van 5°C voelt het merkelijk kouder aan dan bij droge lucht. Verklaar dit ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Er staat een stevige wind bij een buitentemperatuur van 5°C. Welk gevoel heb je over deze temperatuur in vergelijking met een windstille periode? Verklaar dit ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Het menselijk lichaam heeft een oppervlakte van 1,5m² en een huidtemperatuur van 33°C. Het is bij deze temperatuur een volkomen zwarte straler. Hoeveel energie straalt deze uit per seconde? Met hoeveel massa komt deze energie overeen?
Wanneer mag men in de formule van Bohr zeggen dat f = R?
Wat stelt dit dan voor?
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Wanneer mag men in de formule van Bohr zeggen dat f = R/2² ? Wat stelt dit dan voor? ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Hoe geven vaste stoffen hun warmte door? Leg uit. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Hoe verklaart men dat metalen veel gemakkelijker warmte doorgeven dan de meeste andere stoffen? ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Welke van de volgende figuren geeft op een correcte wijze de convectie in een vloeistof weer?
A
B
C
D
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Welke verschillen zie je in beide curven? Geef beide wetten in woorden en met een formule weer.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Bij waarnemingen vanaf het aardoppevlak bekomen we eenzelfde curve als deze van buiten de dampkring. Vanaf het aardoppervlak breken alle curven plotseling af bij een golflengte die kleiner is dan 2,910-7 meter (zie verticale lijn). Hoe zou je dit verklaren als je weet dat de golflengten van zichtbaar licht gelegen zijn tussen 4.10-7 en 8.10-7 meter.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Noem 2 soorten E.M.-golven waarvan de golflengte groter is dan deze bij I.R.-stralen Noem 2 soorten E.M.-golven waarvan de frequentie groter is dan deze bij U.V.-stralen ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Verklaar : In de kunst staat rood voor warm en blauw voor koud. Is dit fysisch gezien een correcte uitspraak indien we de temperatuurstraling voor ogen houden. Welke wet kunnen we hiermee in verband brengen en leg deze uit. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Een bolvormig lichaam heeft een doormeter van 2cm en wordt op een constante temperatuur van 600°C gehouden. Bereken de uitgestraalde energie in watt, aangenomen dat het een volledig zwart lichaam is. Hoe groot wordt deze energie als de diameter verdubbelt? (Opl.: 41,4W, 165,6W) ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Welke temperatuur heeft een lichaam als haar Emax gelegen is bij een golflengte van 5,5.10-5cm? ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Bereken de golflengte en energie (in J en in eV) van de H∀-lijn (1ste rode lijn) (Opl.: 8 = 6,56.10-7m) Balmer:
1 1 f = R(--- - ---) 2² n²
R = 3,29.1015 Hz
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Over welke spectra gaat het hier en waardoor worden deze opgewekt? a
b
c
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------In een aangeslagen H-atoom valt een elektron terug van de 4de schil naar een stabielere baan. Welke overgangen zijn mogelijk en met welke soort straling komt dit overeen? ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------De zon kunnen we beschouwen als een volkomen zwarte straler bij 6000°C. Straal zon = 696 000 km Hoeveel energie straalt deze uit per seconde Met hoeveel massa komt dit overeen? ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------De zon straalt 4,473.1026 J uit per seconde. Hoeveel energie ontvangt komt hiervan de aarde? Straal aarde = 6 370km Straal zon = 696 000 km Afstand aarde zon = 150.106 km ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Het maximum van de energiestraling van de zon ligt bij een golflengte van 4,8.10-5cm Zoek de temperatuur aan het zonoppervlak. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Hoe zou je de temperatuur van de zon bepalen? Je beschikt toch niet over een thermometer? ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Wat is de energie in eV van een foton met 8 = 7,5.10-5cm en met 8= 2,6.10-5cm? ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Hoeveel fotonen vallen per seconde op 1m² op de aarde die afkomstig zijn van de zon? We veronderstellen dat alle straling een golflengte heeft van 5.10-5cm. De zonneenergie die per seconde en per m² de aarde bereikt bedraagt 1256 J/m².s
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Een skiër bereikt bij een afdaling een snelheid van 100km/h. De buitentemperatuur is 0°C. Welk effect heeft deze snelheid op zijn warmteverlies? ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------De omgevingstemperatuur is 20°C. De huidtemperatuur is 32°C Indien ons lichaam een oppervlakte heeft van 1,5m² en een absorptievermogen heeft van 1, wat is dan de geabsorbeerde stralingsenergie en de geëmitteerde stralingsenergie ? Via ons voedsel bekomen we 10 MJ per dag. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Een loden kogeltje met een dikte van 0,8cm botst onelastisch met een snelheid van 100 m/s tegen een wand. De dichtheid van lood is 11,3 g/cm³ . De omgevingstemperatuur is 20°C . Zoek haar kinetische energie Zoek haar temperatuur via de formule van merkbare warmte Q= m.c.)t Zoek haar temperatuur bij de botsing via haar energiestraling. Φ = 5,67.10-8 J/(m².°C4) Zoek haar 8max . In welk gebied van het E.M.-spectrum ligt dit? -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Radioactieve straling: 1. Beschrijf hoe je experimenteel zou kunnen aantonen dat Ra drie verschillende soorten straling uitzendt. 2. Iemand zegt tegen je dat Am-241 alleen ∀-deeltjes uitzendt. Hoe zou je kunnen nagaan dat het geen ∃-deeltjes of (-deeltjes uitzendt? 3. St-90 is een zuivere ∃-straler. Hoe zou je de juistheid van deze bewering toetsen ? 4. Hoe zou je kunnen aantonen dat Co-60 een zuivere (-straler is ? 5. Beschrijf de volgende kernreacties: 238
234
U
--->
92
4
Th
+
He
90
234
Th
234
--->
90
+
(
2
Pa
0
+
91
e -1
6. In welk opzicht verschillen de gedragingen van ∀- en ∃-deeltjes zich van (-stralen in een sterk elektrisch veld ? 7. Geef aan wat voor deeltjes bij iedere overgang uitgezonden worden: 238 92
U
-->
234
Th
90
30
8. Als radioactief fosfor
12
-->
234
Pa
91
--->
234
U
92
--->
230
Th 90
--->
226
Ra 88
P vervalt, zendt het een positron uit. Heeft de dochterkern hetzelfde
massanummer ? Is het een isotoop van fosfor ? 9. Geef het onderscheid aan tussen: - atoommassa en atoomnummer - isotoop en nuclide - elektron en positron
10. Vervolledig de volgende reacties: 11
1
B +
5
54 26
23 11
8
à
p 1
Be + ... 4
4
1
Fe + He à ... 2
+
n
+
p
0
4
1
Na + He à ... 2
55
1
55
Mn + ... à
1
Fe + 2 n
25
26
0
11 Bereken en vul de vrijgekomen energie in, bij de volgende kernomzettingen: mp = 1,007593 u
mn = 1,008982 u
2
3
H = 2,014186 u
3
H = 3,016448 u
1
He = 3,015779 u
1
2
4
He = 4,0026 u 2
Onder gunstige omstandigheden is de energie die bij fusie vrijkomt voldoende om aan andere kernen de nodige activeringsenergie te geven zodat een kettingreactie kan ontstaan: 1
H + n ---> 2H +
1
1
...... MeV (1ste stadium ontstaan heelal)
2
H + H ---> H + e+ + ........ MeV
1
H + 2H --->
3
3
He +
3
He + He --->
2
H + 3H --->
2
3
H + He --->
2
H + 2H --->
2
2
H + H --->
........ MeV
4
He + 2p + ........ MeV
4
He + n
+ .......... MeV
4
He + p + .......... MeV
3
H + p
+ .......... MeV
He + n
+ .......... MeV
3
Zeer belangrijk bij sterren (die veel heter zijn dan onze zon) is de C-cyclus met als resultaat de fusie van 4 protonen tot een He-kern. Hierbij fungeert 12C als katalysator: 1
12
H + 1
13
C
--->
7
13
13
N
--->
7
+
C
+ e
+
.......... MeV
6
1
13
H + 1
C
14
--->
N + ........ MeV
6
1
7
14
H 1
+
N
15
--->
0 + ........ MeV
7
8
15
15
0 8
N + ........ MeV
6
--->
N 7
+
+ e
+ ........ MeV
1
15
H + 1
N
12
--->
4
C +
7
He + ........ MeV
6
2
Als we al deze reacties optellen en de gemeenschappelijke termen schrappen, krijgen we: 1 4 + 4 H ---> He + 2e + ........ MeV 1
2
De netto energie die vrijkomt bedraagt dus 24,7 MeV of ongeveer 6,6.1014 J/kg waterstof.
Vraagstukken halveringstijd. ------------------------------------1. We beschikken over 1 grammassa 226Ra dat een halveringstijd van 1260 jaar heeft. Hoe lang duurt het voor 15/16 van alle radium verdwenen is? (5040 jaar) Oplossing: 15/16 moet weg ===> rest = 1/16 N --- = 2-t/T½ N0
N = N0.2-t/T½
0,0625 = 2-t/T
t t -1,20412 = - --.log2 = - --.0,301 T½ T½
log 0,0625 = log 2-t/T
t ===> 4 = ---
===> T½
T= 4.T½ = 5040 j
2. Een scintilatieteller telt bij een radioactief preparaat 4750 impulsen per minuut. 5 minuten later zijn dit nog 2700 impulsen. Bereken de halveringstijd van dit element. -(5/T½)
-t/T ½
Oplossing:
N = N0.2
2700 = 4750. 2
2700 -(5/T½) ------- = 0,57 = 2 ===> 4750
===>
log 0,57 = -(5/T½ ).log 2
===> T½ = 6,17 min
3. De activiteit van een radioactief element is op 1/8 van zijn oorspronkelijke waarde herleid na 135 min. Zoek de halveringstijd van het element (45min) N = 1/8
N0 = 1 -t/T ½
Oplossing:
N = N0.2
===> log(1/8) = -t/T½ .log2
===>
T½ = 45min
4. Een rots bevat 3mg 234U met een halveringstijd van 2,48.105 jaar. Hoeveel 234U blijft er over na 62 000 jaar ? -(62000/2,48.10 5)
-t/T ½
Oplossing:
N = N0.2
N = 3. 2
= 2,5227mg
----------------------------------------------------------------------------------------Vergelijk een zeer grote en zeer kleine halveringstijd met elkaar voor de volgende effecten: - Warmteontwikkeling en mogelijk gevaar - activiteit en mogelijk gevaar - bewaringstijd ----------------------------------------------------------------------------------------Antwoord met waar of fout
WAAR
FOUT
de massa van een n is gelijk aan de massa van een p de massa van een n is groter dan de massa van een p de massa van een n is kleiner dan de massa van een p (-stralen zijn sterk ioniserend (-stralen zijn sterk doordingend X-stralen zijn elektronen uit de kern ∃-stralen zijn elektronen uit de binnenste elektronenschil ∃-stralen komen uit de buitenste elektronenschil. ∃-stralen worden tegengehouden door 5cm lood ∀-stralen zijn fotonen ∀-stralen zijn sterk ioniserend ∀-stralen zijn ongevaarlijk wegens hun zeer korte dracht.
Oefening op het massadefect:
1u = 1,66044.10-27kg mp = 1,007593 u
Nuclide
atoommassa (u)
Massadefect )m (u)
1u = 931,5 MeV mn = 1,008982 u
Bindingsenergie per nucleon (MeV)
4 He
4,002603
2
40 Ca
39,96260
20
63 Cu
62,9296
29 103 Rh
102,9048
45 155 Gd
154,9277
64 206 Pb
205,9745
82 235 U
235,0439
92
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Duid bij de volgende nucliden alle mogelijke isotopen, isobaren en isotonen aan:
1
2
H 1
3
H 1
3
H 1
4
He 2
He 2
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Duid bij de volgende nucliden alle mogelijke isotopen, isobaren en isotonen aan: 13
14
C 6
14
C 6
15
N 7
16
N 7
O 8
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------In de curve van de halveringstijd van een radionuclide zijn de hoogten h1 en h2 weergegeven Op het ogenblik t. Wat stellen beide voor?
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
