Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Lys og atomets fingeraftryk

No description
by

Thomas Sloth Larsen

on 17 December 2015

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Lys og atomets fingeraftryk

Lys og atomets fingeraftryk
I den fysiske kosmologi er Big Bang den videnskabelige teori, ifølge hvilken universet dukkede frem fra en tilstand af helt enorm høj tæthed og temperatur for omkring 13,82 milliarder år siden [1].
Big Bang-teorien baseres på den rødforskydning ifølge Hubbles lov, som kan iagttages for fjerne galakser, og som sammen med det kosmologiske princip indikerer, at rummet ekspanderer i overensstemmelse med Friedmann-Lemaître-modellen fra den generelle relativitetsteori. Når man ekstrapolerer denne udvidelse bagud i tid, viser observationerne, at universet er ekspanderet fra en tilstand, hvor alt stof og al energi i universet havde umådelig temperatur og tæthed. Blandt fysikere er der ikke nogen bredt accepteret teori for, hvad der skete endnu tidligere, omend den generelle relativitetsteori forudsiger en tyngderelateret singularitet.
Udtrykket Big Bang benyttes både i snæver forstand til at referere til det tidspunkt, da den observerede ekspansion af universet ifølge Hubbles lov begyndte — beregnet til at være sket for 13,82 milliarder (1,382 × 1010) år siden (± 0,05 milliarder år)
En stående bølge er en vilkårlig form for bølge, der ikke bevæger siger i nogen retning, men i stedet er begrænset til dens udbredelse i øjeblikket. Bølgen svinger altså kun på tværs af bevægelsesretninger ved simpel harmonisk svingning. Imellem to udsving vil der stadig være visse knudepunkter, der ikke bevæger sig, og som minimum vil enderne altid være fikserede
Lys
Synligt lys er den del af det elektromagnetiske spektrum (EM), som vi ser med vores øjne. Synligt lys ligger i området
fra 400 til 700 nm (fra blåt til og med rødt) mellem UV (ultraviolet) og IR (infrarød). I modsætning til fx lydbølger, kan lys bevæge sig gennem et vakuum.
Lys er elektromagnetisk stråling
Det elektromagnetiske spektrum dækker radiobølger, radar, mikrobølger, TV, mobilforbindelser røntgenstråling og gammastråling. Når vi ser på EM i bølgelængder, så går det fra den mest kortbølgede stråling (gamma-stråling) til den mest langbølgede, nemlig radiobølger. Korte bølgelængder er mere energirige end lange.
Bølgers egenskaber
Svingninger
Big Bang
Stående bølger
Bølger typer
En svingning er inden for fysik en ujævn bevægelse, der bevæger sig tilnærmet i en sinus- eller cosinus-kurve. En svingning har en svingningstid, frekvens, amplitude og andre egenskaber fra bølgen.
Svingninger oplever vi hver dag på en eller anden facon i hverdagen. Der er nemlig flere forskellige måder, svingninger bliver foretaget på, og det er ikke alle, vi kan se direkte. Dem vi kan se, er typisk et lod (eller andet) i en snor – pendul, som vi fører ud til siden og slipper det, så det automatisk vil svinge over til den anden side og frem og tilbage. Tiden, det tager for loddet at bevæge sig fra en yderstilling til den modsatte yderstilling og tilbage til den første yderstilling, kalder vi svingningstiden. Så har loddet udført én svingning. Vi kalder det yderstilling, når pendulet har svunget så langt ud til den ene side som muligt, og hvilestilling eller grundstilling når pendulet står lodret for pendullængden. Længden fra hvilestilling til yderstilling kaldes amplituden. For at vi lettest kan måle svingningstiden nogenlunde præcist, måler vi tiden på 10 svingninger. Logisk nok dividerer vi den tid med 10 for at finde gennemsnitstiden for 10 svingninger. Selvom amplituden bliver mindre og mindre, vil svingningstiden forblive den samme. Men hvis pedullængden ændres, vil svingningstiden også ændres. Jo kortere pendulsnoren er, jo kortere er svingningstiden. I et iagttagende forsøg på et svingende pendul kan vi observere, at amplituden bliver mindre og mindre. Vi kalder det, at pendulet foretager en dæmpet svingning.
Længdesvingninger og tværsvingninger Hvis vi skal beskrive en tværsvingning, kan vi f.eks. bruge en spiralfjeder. Vi lægger den ned på gulvet og svinger den hurtigt ud til siden og tilbage igen. Vi kan se, at bølgens amplitude er på tværs af bølgens bevægelsesretning. Så kaldes det en tværbølge. Bevæger vi fjederen fra side til side, fremkommer der bølgetoppe og bølgedale(bølgetop er en frembragt bølge, som opnås ved at stikke en finger ned i vandet, og bølgedale er ringbølgerne, der efterfølgende bliver dannet). En længdebølges amplitude er langs bevægelsesretningen.
Én hertz er én svingning i sekundet. Dertil kan der komme præfix på, eksempelvis: 1 Megahertz ( MHz) = 1.000.000 svingninger i sekundet 1 Gigahertz ( GHz) = 1.000.000.000 svingninger i sekundet 1 Terahertz ( THz) = 1.000.000.000.000 svingninger i sekundet
Lys som bølger
Lyset, der rammer dit øje fra denne computerskærm kan beskrives som en bølgebevægelse. Elektriske og magnetiske felter svinger vinkelt på lysets bevægelsesretning. Lys kaldes derfor elektromagnetisk stråling.
Lyset kan også opfattes som en strøm af partikler kaldet fotoner
I nogle situationer opfører lys sig som partikler i andre
situationer som bølger
Synligt lys har bølgelængder fra 400 nm til 700 nm.
Synligt lys er kun en lille del af al den
elektromagnetiske stråling der findes i universet
Forsøg
Simple koblede svingninger

Forsøg nr.: 82

Formål: At demonstrere koblede svingninger med simpelt udstyr.

Resume: Koblede svingninger kan laves med en elastik og to gafler.

Nøgleord: Energi, energibevarelse, kræfter, mekanik, fjedre og oscillatorer, harmonisk bevægelse, koblede svingninger, pendul, svingninger.

Beskrivelse:
En simpel måde at demonstrere koblede svingninger på er ved hjælp af en bred elastik og to gafler.
Koblede svingninger kan laves simpelt med to gafler klemt fast på en bred elastik, der er udspændt mellem to holdere.
Elastikken spændes op mellem to holdepunkter (stoleben, dørhåndtag, laboratoriestativ, to frivillige hjælpere), hvorefter de to gafler sættes fast på elastikken. Dermed har man lavet to penduler, der er koblede via elastikken.
Nu sættes den ene gaffel i svingninger. Gaflen svinger så frem og tilbage, mens den anden gaffel hænger stille. Som det er typisk for koblede svingninger, vil den første gaffel begynde at svinge langsommere, mens den anden begynder at svinge hurtigere. Til sidst svinger den anden gaffel med fuldt udsving, mens den anden hænger stille. Herefter går processen baglæns igen. Se filmen i referencerne.

En bred elastik og to gafler er nok til at lave et forsøg med koblede svingninger. Se filmen i referencerne.
På Weizmann Institute of Science i Israel har man en eksperimentpark (Clore Garden of Science), hvori der befinder sig to gynger, der er forbundet for oven af en snor. Her er det altså muligt at studere koblede svingninger på en stor (og underholdende) skala.

Udstyr og materialer:
Gafler
Bred elastik
Begyndelsen - grænsen for vores viden
De ekstreme forhold, der eksisterede i de frste 10 pico-sekunder, er det endnu ikke lykkedes at genskabe eksperimentelt. Ud fra de modeller, der stemmer ved lidt lavere temperaturer, tr forskerne dog godt komme med et kvalificeret bud på udviklingen.
Videnskabeligt set giver det dog ingen mening at sprge om, hvad der var fr Big Bang, eller hvad der satte Big Bang i gang.
De første øjeblikke – frie kvarker
I de første brøkdele af et sekund blev der dannet forskellige elementarpartikler herunder kvarker, elektroner og neutrinoer. Strstedelen af de dannede partikler blev jeblikkeligt omdannet til energi ved mdet med deres antipartikel.
Da tryk og temperatur var ekstremt hj, kunne kvarkerne og andre elementarpartikler ikke binde sig sammen og danne protoner og neutroner.
Efter det første sekund – stabile protoner og neutroner
I løbet af det frste sekund var tryk og temperatur faldet så meget, at kvarkerne ikke lngere kunne eksistere frit, men sluttede sig sammen tre og tre og dannede blandt andet de frste neutroner og protoner.
På dette tidspunkt blev der dannet stort set lige mange protoner og neutroner, men da neutronerne henfalder bl.a. til en proton fremkom en overvgt af protoner. Der blev dannet omkring 6-7 gange så mange protoner som neutroner. En enlig proton kan også betragtes som en hydrogenkerne.
3 til 20 minutter – dannelse af heliumkerner
Efter ca. 3 minutter var temperaturen nede på omkring en milliard grader, og protoner og neutroner kunne derfor smelte sammen til lette atomkerner – isr helium. 20 minutter efter Big Bang var nsten alle neutroner indfanget på denne måde, men pga. overvgten af protoner var der mange enlige protoner (hydrogenkerner) tilbage.
400.000 år efter Big Bang
Efter knap 400.000 år var temperaturen og trykket faldet så meget, at elektronerne blev indfanget af atomkernerne og dermed blev de frste atomer dannet. Universet fortsatte med at udvide sig så både tryk og temperatur faldt. De atomer, der var dannet, fulgte med universets udvidelse, men tyngdekraften bevirkede at de efter omkring en halv milliard år kunne samle sig i de frste stjerner.
Efter yderligere flere hundrede millioner år samlede stjernerne sig i galakser, herunder vores egen Mlkevej.
Teorier om universets udvikling
Hvordan kan vi så vide noget som helst om, hvad der er foregået for nsten 14 milliarder år siden? Big Bang har ikke altid vret naturvidenskabens svar på altings begyndelse, faktisk er modellen kun knap 100 år gammel.
I starten af 1900-tallet var der en stor diskussion blandt videnskabsmnd over hele verden om universet: Var det stationrt eller udvidede det sig?
De andre galakser fjerner sig
I lbet af 1920'erne observerede man, at lyset fra fjerne stjerner og galakser var rdforskudt, og dette var et klart tegn på, at alt i universet fjernede sig fra hinanden. I dag kan vi observere, at universet endda udvider sig hurtigere og hurtigere, udvidelsen accelererer.
Det har vist sig, at Big Bang-modellen er en rigtig god beskrivelse af, hvordan tid, rum og stof blev skabt. Den bedste indtil nye observationer viser noget andet.
Dopplereffekt
Atomers fingeraftryk
Fotoner
Atomets opbygning
Atomkernens struktur
Atomets kerne består af positivt ladede (+) partikler kaldet protoner og neutrale partikler kaldet neutroner. Rundt om kernen kredser en sky af elektroner. Elektronerne er negativt ladede (-). Der er lige mange protoner og elektroner i et atom.
Antallet af protoner bestemmer
Det er altid antallet af protoner, der bestemmer hvilket slags atom, der er tale om. Det vil sige, at et atom med 26 protoner altid er et jernatom, og at et atom med 79 protoner altid er et guldatom.
Isotoper
Antallet af neutroner kan variere. Atomer med samme antal protoner men forskelligt antal neutroner kaldes isotoper. Et hydrogen atom kan fx både have nul neutroner, en neutron eller to neutroner. Man siger, at hydrogen har tre isotoper.
Elektroner ligger i skaller
Elektronerne, der kredser rundt om kernen, har ikke alle samme afstand til kernen. De ligger i skaller. I den første skal, tættest på kernen, er der plads til to elektroner. I den næste skal lidt længere ude er der plads til otte elektroner. I de næste 18, 32 og 50.
Hvorfor falder atomet ikke fra hinanden?
Elektroner bliver holdt i kredsløb omkring kernen, fordi elektronerne er negativt ladede og atomkernen positivt ladet. Ligesom eksempelvis Jorden bliver holdt i sin cirkelbane omkring Solen af tyngdekraften mellem Solen og Jorden, bliver elektronerne holdt i deres bane omkring atomkernen af den elektriske kraft mellem protonerne og elektronerne.
Hvor stort er et atom?
De mindste atomer har en diameter på omkring en nanometer, og de større atomer kan have en diameter på fire-fem nanometer. Med andre ord kan der være tusindvis atomer på blot et hårs bredde.
Hvor meget vejer et atom?
Som man nok kunne gætte, vejer et atom meget, meget lidt. Protonerne i kernen vejer hver omkring 0,0000000000000000000000017 gram; en størrelse man for nemheds skyld har valgt at kalde 1 unit (u). Elektronerne vejer langt mindre. Faktisk vejer en proton det samme som 1.836 elektroner, så elektronernes masse er næsten ubetydelig i forhold til hele atomets masse.
Hydrogen vejer 1 unit
Et hydrogenatom, der kun har en proton og ingen neutron, vejer altså 1 unit (elektronen vejer så lidt at man ikke regner den med). Den isotop af hydrogen, der også har en neutron, vejer altså 2 unit. Et guldatom bestående af 79 protoner og 118 neutroner vejer altså:
Kvant
Niels Bohr opdagede, at atomerne og molekyler kun kan modtage og afgive energimængder kun kan modtage energimængder i bestemte kvanter. Hvis en foton skal absoberes af et atom, skal fotonens energi passe præcis. Det svarer til, at lyset skal have bestemt bølgelængde. Hvis fotonenergien er lidt for stor er lidt for lille, sker der ikke noget.
I dit øje har du tre slags synceller. I den ene slags findes der molekyler, der kun kan absorberer fotoner med ret lav energi. De ser rødt lys. Den anden slags celler har stof, der kun absorberer fotoner med lidt højere energi. De reagere på grønt lys. De celler hvis molekyler kun absorbere de mest energirige fotoner i det synlige lys, ser blåt lys
Det var stjernernes spektre og Niels Bohrs forklaring på spektrallinierne, der gav forklaringen på atomernes opbygning
Forsøg: Rutherfords gulfolieforsøg
Lys og lyd bevæger sig som bølger. Har du hørt en ambulance køre forbi dig har du hørt dopplereffekten for lydbølger. Når ambulancen kommer mod dig, er tonerne høje, og når den er på vej væk er tonerne dybere.

Det er på samme måde med lysbølger. I lysspektret har blåtlys kortere bølgelængder end rødt lys. Lysfarven fra en stjerne, der bevæger sig mod os, er derfor forskudt en anelse mod det blå. Men lyset fra fjerne galakser er tydeligt forskudt mod rødt. De bevæger sig væk fra os. Jo længere væk galaksen er, jo mere fart har den på og jo større er rødforskydelsen
Et pendul er en slags gynge. Det kan bruges til at måle tid med eller til at sikre, at fx et ur eller en musiker holder takten.

Svingningstid
Når man gynger, tager det lige lang tid for at gynge frem og tilbage, uanset om man gynger meget forsigtigt frem og tilbage, eller om man gynger højt. Det kan være svært at tro på, men sådan er det. Så længe der ikke er tale om meget vilde udsving, vil svingningstiden være uafhængig af udsvingets størrelse. Det er en egenskab, man har brugt i århundreder i fx bornholmerure.

Længden betyder noget
Det, der betyder noget for svingningstiden, er længden af gyngerebet. Jo længere rebet er, desto længere er svingningstiden. Én svingning er færdig, når pendulet har svinget frem og tilbage.

Vægten betyder ikke noget
Vægten af personen eller loddet spiller ikke en rolle. Det hænger sammen med, at når et pendul svinger, så falder det faktisk. Og ting falder jo lige hurtigt, uanset om de er tunge eller lette. Medmindre luftmodstanden bliver for stor.

På månen
På Månen ville et pendul svinge langsommere. Det hænger sammen med, at tyngdekraften (tyngdeaccelerationen) på Månen er mindre end på Jorden. Ville det svinge hurtigere eller langsommere på Jupiter?

Frekvens er svingninger pr. sekund
I stedet for svingningstiden kan man i stedet regne ud, hvor mange svingninger et pendul udfører pr. sekund. Det kaldes også frekvensen og måles i Hertz (Hz).



Egensvingning
Netop fordi et pendul har en fast svingningstid, siger man, at det har en egensvingning. Hvis den, der skubber gyngen, skubber i den rigtige takt, vil udsvinget blive større blot ved et let skub. Udsvinget kalder man også amplituden.

Hvorfor går gyngen i stå?
Når man sætter en gynge eller et pendul til at svinge frem og tilbage, ser vi, at de ikke svinger frem og tilbage i en uendelighed. De går i stå, efterhånden som tiden går. Det hænger sammen med, at der bliver tabt energi i systemet. Tabet sker som gnidningsvarme på grund af modstand i luften og i ophænget.

Hvor kommer energien fra?
Når man løfter et pendul eller en gynge op, tilfører man potentiel energi (beliggenhedsenergi). Den bliver frigivet og omdannet til kinetisk energi (bevægelsesenergi), når man slipper igen.

Skiftevis potentiel og kinetisk
Når et pendul svinger frem og tilbage, vil pendulet altså skiftevis få tilført potentiel energi og kinetisk energi. I yderpositionerne vil al energi være potentiel energi. I midten, lige før pendulet svinger op igen, vil al den potentielle energi være omsat til kinetisk energi.

Energibevarelse
Et pendul kan ikke pludselig begynde at svinge højere, uden at det får tilført ekstra energi. Det kan altså kun svinge mere ud, hvis man fx skubber til det. Det bevarer sin energi, hvis det ikke var for luftmodstanden.
Forsøg: Lav dit eget pendul og forklar de fysiske begreber
Tværbølger og længdebølger
Der findes to hovedtyper af bølger, nemlig tværbølger og længdebølger. Bølger i vand er et eksempel på tværbølger, hvor vandmolekylerne svinger op og ned, men ikke bevæger sig frem. Lys er også tværbølger. Men i lys og anden elektromagnetisk stråling er det ikke molekyler, der skubber til hinanden, men et elektrisk felt, der danner et magnetisk felt, der igen danner et elektrisk felt osv.
Lydbølger er længdebølger
Lydbølger er længdebølger. I en højttaler er det højttalermembranen, der skubber til luftmolekylerne, der giver energien videre ved at støde ind i andre molekyler. Sådan fortsætter det. Der fremkommer områder, der er fortættede, og områder hvor der er en fortynding af luftmolekylerne.
Bølgelængde
En tværbølges bølgelængden er afstanden mellem to bølgetoppe eller to bølgedale. Bølgelængden af længdebølger er afstanden mellem to fortætningsområder eller to fortyndingsområder. For bølgelængden bruges bogstavet (lambda).
Amplitude
Amplituden er et mål for, hvor stort et udsving en bølge laver. En tværbølges amplitude er afstanden fra nulpunktet til en bølgetop eller en bølgedal. Amplituden på længdebølge er bredden på fortætningsområdet.
Frekvens
Når en bølge svinger, angiver man antallet af svingninger som en frekvens i hertz (Hz). Frekvensen er antallet af svingninger pr. sekund. En bølge har udført én svingning, når den har svinget først op og så ned eller frem og tilbage.
Stående bølger
En stående bølge er en bølge, der ikke flytter sig, men bliver stående og svinger omkring et knudepunkt. Stående bølger ses oftest i strengeinstrumenter, som eksempelvis en guitar. På en guitar er strengen spændt ud mellem to faste punkter.
Bølgeegenskaber
Her er nævnt nogle af de vigtigste egenskaber, som alle bølger har tilfælles:
Bølger kan gå igennem hinanden
Fx kan man jo tale sammen i et lokale med mange mennesker, hvor lydbølgerne går på kryds og tværs.
Bølger kan interferere:
Konstruktiv interferens: Bølgetoppe forstærkes af bølgetoppe, og bølgedale forstærkes af hinanden.
Destruktiv interferens: Bølgetoppe og bølgedale slukker hinanden.
Bølger kan gå rundt om hjørner
Man kan godt høre hinanden rundt om et hjørne.
Bølger kan reflekteres
Fx reflekteres lys af et spejl, og lyd reflekteres af en fast overflade. Det kender du fx fra et ekko.
Alle former for bølger kan:
1. Reflektere
2. Gå igennem hinanden (interferer)
3. Skabe ressonas
Forsøg: Hvis ved hjælp af en Slinkie de
fx bølgetyper, bølgernes egenskaber
samt udregn bølgerns hastighed.
Lys opfører sig i nogle situationer som en strøm af små partikler, der kaldes fotoner. Fotoner er nogle lidt specielle partikler der både kan opstå og forsvinde.

Når lys obsoberes af en genstand, forsvinder fotonerne helt. de gemmer sig ikke i gensatnden. Tilsvrende findes der ikke fotoner i en elpæres glødetråd. Der skabes og udsendes fotoner, når tråden er varm.

En enkelt foton har en meget lille energi. Men der er mange af dem. En tænt 40 watts-pære udsender ca. 400.000.000.000 fotoner pr. sekund. Fotonerne i blåtlys har større energimængde end fotonerne i i rødt lys har. Jo kortere bølgelængde, jo større fotonenergi.

Niels Bohr forklarede atomernes liniespektre ved at antage, at elektronerne kunne være i ganske bestemte skaller med bestemte engergier. En foton, der rammer et enkelt atom kan skubbe til elektronen, så den springer til en anden skal. samtidig forsvinder fotoenen. Elektronen kan af sig selv springe til en mindre skal. Samtidig skabes en foton.

FysikBølger og svingningerLysBølgelængden af lys
Bølgelængden af lys

Mål bølgelængden af laserlys.

Baggrund
Lys' bølgeegenskaber kan man vise med en laserlyspen. Laserlys har kun én bestemt bølgelængde. Det betyder, at alle bølgerne svinger ”i takt” og går i samme retning. Når laserlys går gennem et spaltepar eller et gitter, kan man finde steder, hvor bølgetoppene forstærker hinanden. Samtidig vil der være steder, hvor lysbølgerne er ude af fase og derfor slukker hinanden.

I skal bruge
-Et sæt diffraktionsgitre fx 100 – 300 og 600 linier pr mm
-En rød laserpen
-En grøn laserpen
-Et stativ
-En muffe
-En klo
-To reagensglasklemmer
-Målebånd
-Målestok
-Sikkerhed
S
elv om der er tale om laserpenne af klasse II med en effekt på mindre end 1 mW, så må I aldrig se ind i strålen eller lyse i øjnene på andre.

Sådan gør I

Sæt laserpennen fast på en fod med en muffe.
Lad pennen lyse ind på væggen. Afstand skal være mellem 2,5 til 3 m.
Et andet stativ med en klo eller en muffe holder gitteret foran laserpennens åbning, sådan at lyset bliver brudt.

I får nu en række lyspunkter på væggen. Det kraftigste punkt er det centrale lyspunkt. Det næste punkt lige til højre eller til venstre for det centrale punkt kaldes 1. ordens lyspunkt.

Mål afstanden S fra det centrale lyspunkt til den ene af de to 1. ordens lyspunkter.
Nu kan I beregne bølgelængden af laseren, da vi kender d, og vi har fundet S og L.
Husk til allersidst at regne om fra mm til nm.
Formel til beregning af bølgelængden :

Husk, at alle mål er i mm, og at 1 mm = 1 000 000 nm

= lysets bølgelængde.
d = afstanden mellem linierne/spalterne i gitteret i mm.
S = afstanden fra den centrale plet til den 1. ordens afbøjede plet.
L = afstanden fra gitteret til væggen.
Man kan studer lyset fra solen og de andre stjerner ved at kigge på deres spektre. Astronomerne undrede sig over, at der var linier i spektrene. I laboratoriet undersøgte de det lys som atomerne udsender, når de ioniseres. De så, at der også her var linier i spekteret. Fx. var der en linie ved præcis 656,3 nm både i spekteret af hydrogen og i solens spektrum. På den måde ved man at Solen består af hydrogen.

I 1968 fandt man i solens spektrum nogle linier, der ikke var set på jorden. Stoffet, der gav de spektrallinier, blev kaldt helium efter Helios, som er et andet navn for solen
I 1895 fandt man helium på Jorden. Det
gjorde man ved at se linierne i spekteret
stoffet. Idag er alle grundstoffers spektre målt
og fundet i stjernene. Spektrallinier er atomers
fingeraftryk
Lav forsøgene 8.5 og 8.6
Farvesyn
Vores øjne er tilpasset det lys, der kommer fra Solen, som jo er blevet filtreret gennem atmosfæren. I nethinden bagerst i øjet er der nogle særlige, lysfølsomme nerveceller, der kaldes tappe og stave. Vi har tre typer tappe i nethinden, der er mest følsomme over for hhv. korte, mellem og lange bølgelængder: Dette svarer ca. til farverne blå, grøn og rød. Alle andre farver er blandinger, som hjernen sætter sammen. Når lyset er svagt bruger vi stavene i nethinden. De ser kun i sort/hvid og ikke farver.

Lys er både partikler og bølger
I vores almindelig hverdagsskala kan vi fx måle længde, tid og sted meget præcist, men så snart, at vi kommer ned i størrelser, der er mindre end atomer, så dur vores hverdagserfaringer ikke. Det har vist sig, at lys både opfører sig som bølger og som partikler, alt efter hvordan vi måler det. Den mindste enhed af lys kaldes for fotoner. De kan forstås som små bølgepakker.

Lys kan ikke ses fra siden
For at vi mennesker kan se lys, skal fotonerne ramme vores øjne. Vi kan altså ikke se lys, der passerer forbi vores øjne. Det betyder, at vi ikke kan se lys fra siden. Vi kan fx ikke se en laser, der lyser i gennem lokalet. Vi kan kun se prikken, hvor den rammer væggen.
Lys, tværbølger og polarisering
Lys er tværbølger, og de svinger derfor vinkelret på udbredelsesretningen, men svingningerne kan være drejet uret rundt (forskellig polarisering). Ved hjælp af et polarisationsfilter er det muligt at lade kun lys af en bestemt svingningsretning gå i gennem filtret. Sådan nogle filtre bruger vi i solbriller og til fotografering, når der er behov for at dæmpe eller fjerne uønskede reflekser. Polariseret lys bruges fx også i computerfladskærme.

Laserlys
Dagslys og lyset fra en glødepære har bølgelængder lige fra UV til IR. Lyset er i mange forskellige polariseringer, og lysbølger af samme bølgelængde er helt ude af takt med hinanden.

I modsætning til Solen og en glødepære, så har laserlys kun én bølgelængde. Alle bølgerne svinger ”i takt” og går alle i samme retning.

Lys som partikler
Partikler kan opfattes som noget ”fast”. Fotoner kan skubbe til elektroner, som de støder ind i. Jo mere energi lyset har, desto hårdere kan det skubbe. Lys med kort bølgelængde har mere energi end lys med lang bølgelængde. Blåt og UV lys kan skubbe elektroner væk fra en overflade, hvor rødt lys ikke kan, uanset hvor kraftigt det er. Det udnytter man fx i solceller, der producerer strøm.
Forsøg 8.2, 8.3 og 8.4
Rubens flammerør
Forsøg nr.:
Formål: At demonstrere at lyd består af trykbølger.
Resume: Et metalrør fyldes med gas, der siver ud langs en række små huller. Gassen antændes, og via en højttaler laves stående bølger i røret.
Nøgleord: Bølger, longitudinale bølger, lyd, stående bølger, svingninger.

Beskrivelse:I et metalrør bores en lang række små huller.
Metalrør med lang række af borede huller.
Røret lukkes i den ene ende af en gummimembran og i den anden ende af en prop, igennem hvilken man kan lukke gas ind i røret.
En gasflaske forbindes til røret. Der lukkes op for gassen, som vil strømme ind i røret og ud af de mange små huller. Med en lighter eller tændstik antændes gassen, så en flamme brænder over hvert hul.
En højttaler forbindes til en frekvensgenerator, og en ren tone sendes ind mod rørets gummimembran. Lyden kommer dermed ind i røret, hvor det skaber en stående bølge. Denne stående bølge kan direkte ses som forskelle i højden på de forskellige flammer.
Diagram over Rubens flammerør.
Det kan være ganske svært at få lavet en ordentlig stående bølge, så flammerne danner et tydeligt mønster. Man kan forsøge sig frem med at variere på gastryk, lydstyrke og frekvens.
Forsøget skal selvfølgelig også udføres, hvor frekvensgeneratoren udskiftes med en CD afspiller plus forstærker. Dermed kan man sende musik ind i røret og se flammerne danse i takt til trommer og bas.
I mange beskrivelser af dette forsøg i litteraturen er højttaleren placeret direkte på røret med en eller anden form for gastæt pakning (eventuelt plastik og tape). Dermed kan man lave et mere kompakt rør samt undgå at skulle bygge en tragt.
Potentiel og kinetisk engeri

Potentiel energi eller "beliggenhedsenergi" er en form for "oplagret" energi: Man kan "deponere" en vis mængde energi i et mekanisk system ved at "overvinde" en eller anden kraft, f.eks. tyngdekraften på et tungt legeme, og dermed flytte legemet imod denne kraft. Energien kan senere frigøres, f.eks. ved at lade det løftede legeme falde så det "følger med" trækkraften. F.eks. deponerer man noget energi i en blyant, hvis man bruger sin egen energi på at løfte den op fra bordet, denne energi frigøres når man slipper blyanten og lader den falde til bordet.

Kinetisk energi eller bevægelsesenergi er den energi, som "træge" legemer (dvs. legemer med en vis masse) i bevægelse, besidder i kraft af deres bevægelse. Der kræves en vis energi for at bibringe stillestående legemer en vis fart, og tilsvarende skal denne energi "fjernes" fra legemet igen (for eksempel ved hjælp af en bremse, som almindeligvis omsætter energien til varme) hvis man ønsker at standse legemet igen.
Ordet kinetisk stammer oprindeligt fra græsk og betyder bevægelse, hvilket er grunden til at kinetisk energi også kendes som bevægelsesenergi.
Byg en musefældebil
Materialer:1 musefælde4 øskner (lukkede kroge)4 cd-skiver8 spændskiver Lim2 runde glatte pinde til aksler for og bag (ca. 13 cm lange) 8 elastikker til at sætte på inder- og ydersiden af spændskiverne Snor 40-80 cm Tape

Sådan gør du:
1. Skru 2 øskner i hver ende af musefælden.2. Sav 2 alupinde i en længde på ca. 13 cm.3. Før en pind gennem de 2 kroge for og bag.4. Lim en spændskive på hver side af cd’erne. Sørg for, at hulletpå spændskiven er i midten af cd’ens hul.5. Sæt en elastik på hver af de 4 aksler.6. Sæt 4 cd-skiver på som hjul (baghjulene sidder lidt længerefra hinanden end forhjulene).7. Slut med en elastik på hvert hjul.8. Bind snoren fast på smækkearmen.9. Rul bilen tilbage, så snoren lægger sig stramt omkring bagakslen.10. Spænd fælden.11. Udløs fælden med en blyant.
.
Bølgemønster i mikrobølgeovn

Forsøg nr.
Formål: At vise konstruktiv og destruktiv interferens i en mikrobølgeovn.
Resume: Stående bølger i mikrobølgeovne kan demonstreres på forskellige måder.
Nøgleord: Effekt, elektriske felter, elektromagnetisk stråling, mikrobølgeovn, interferens, stående bølger, svingninger, varme.

Beskrivelse:

Strålingen i en mikrobølgeovn er absolut ikke homogen. Når mikrobølgerne ledes ind i selve ovnen, vil de reflekteres fra alle ovnens metaloverflader. Dette skaber et kompliceret bølgemønster af konstruktiv og destruktiv interferens (stående bølger).


Skumfiduser i en mikrobølgeovn kan anvendes til at finde ovnens strålingsmønster. Høj stråling får skumslikket til at boble op. Alternativt kan man for eksempel anvende et lag af sandwichost.
For at måle dette kan man placere et materiale, der ændrer konsistens, når det opvarmes. Dette kan for eksempel dreje sig om skumslik ("skumfiduser") , et lag af sandwichost eller chokoladestykker.


Skumfiduser på et stykke pap placeret i mikrobølgeovnen.
Skumslikket placeres i ovnen, som tændes på højeste effekt. Bemærk at skumslikket eller osten ikke skal stå på den roterende plade, da bølgemønsteret så tværes ud.


Efter en tur i mikrobølgeovnen er nogen skumfiduser smeltede, mens andre er næste upåvirkede. Se også filmen i referencerne, hvor det er endnu tydeligere, at der kan være stor forskel mellem to nabo-skumfiduser.
Efter lidt tid vil nogen af skumfiduserne være smeltede, mens andre er forholdsvis upåvirkede. Dette giver dermed en direkte måling af, hvor i ovnen, der er stærke felter, og hvor der er svage felter.

Man kan nu gentage forsøget med noget metal inde i ovnen. Metal vil reflektere mikrobølgerne, og derved dannes et helt anderledes bølgemønster, hvilket skulle kunne ses med en ny "skumslik-måling".

Bemærk at metal i en mikrobølgeovn kan skabe voldsomme gnister. Bruger man metal helt uden ujævnheder og skarpe kanter, så vil man dog som regel undgå dette. Som eksempel kan man lægge nogle spiseskeer ind sammen med skumfiduserne.

For at undgå problemer med den meget inhomogene opvarmning i en mikrobølgeovn, er der som regel placeret en roterende plade i bunden af ovnen. Denne plade sørger for, at maden, der skal opvarmes, flyttes rundt i de både stærke og svage felter og på den måde udjævner opvarmningen til hele maden. De bedste mikrobølgeovne har desuden monteret en roterende metalpropel, som sørger for at reflektere mikrobølgerne rundt i et kaotisk mønster.

Spørgsmål og svar:

Hvorfor gnistrer det, når jeg har en ske inde i mikrobølgeovnen?

Det skyldes, at du bruger en ske, der enten har skarpe kanter eller små spidser/ujævnheder. Brug en helt glat og ren ske uden skarpe kanter.

Udstyr og materialer:

Mikrobølgeovn
Skumslik
Stor metalgenstand
Hvorfor blinker stjernerne?

Forsøg nr.: 88
Formål: At demonstrere hvordan lys brydes i urolig luft, hvilket forklarer, hvorfor stjernerne på himlen ser ud til at blinke.
Resume: En laserstråle sendes op på væggen, hvor der dannes en klart aftegnet lille lysprik. Herefter holdes en varmekilde ind under laserstrålen, og lysprikken begynder at bevæge sig uroligt rundt på væggen.
Nøgleord: Astronomi, stjerner, brydning, brydningsindeks, lys, termodynamik, varme.

Beskrivelse:

Går man ud og kigger på stjernehimlen en skyfri nat, vil man opleve, at stjernerne ser ud til at "blinke"; lyset fra stjerne står uroligt og bølger en anelse frem og tilbage. Hvordan kan det være?

Fænomenet skyldes, at luftens brydningsindeks afhænger af temperatur og tæthed. Afhængigheden af temperaturen er dog ikke stor, men da lyset fra stjernerne skal igennem et meget tykt luftlag (atmosfæren), før det når frem til os, så vil vores urolige atmosfære bryde lyset så meget, at det ser ud som om, stjernen blinker.


Laserlys sendes gennem varm, urolig luft, hvilket får lyset til at "blinke" på samme måde, som stjerner på nattehimlen.
Dette kan demonstreres med et meget simpelt forsøg, hvor lyset fra en laser sendes op på en projektionsskærm. Laseren repræsenterer dermed en stjerne, mens den lille lysplet på skærmen forestiller det billede af stjernen, som vi ser på himlen.

Nu kan man sende stjernelyset (laseren) igennem en urolig atmosfære. Dette kan gøres ved at placere en varmekilde (for eksempel en kogeplade eller en metalplade opvarmet af bunsenbrænder) lige under laserstrålen. Dermed opvarmes luften, som stiger op igennem lyset. Det ses tydeligt, at lyspletten på skærmen begynder at blinke og sitre som en stjerne (se filmen i referencerne).


Laserlys sendes gennem varm luft, hvilket får lyset til at blinke som stjernerne på himlen. I praksis kan det være en fordel at have større afstand fra kogepladen til skærmen, at lysplettens bevægelser dermed bliver større.
I forsøget er det bare vigtigt, at man har en temperaturgradient, og derfor kan forsøget også laves ved at køle et stykke metal ned i flydende kvælstof, hvormed man afkøler luften tæt på laserstrålen.

Forsøget kan også udføres med en overheadprojektor eller et lysbilledeapparat, der viser et billede af en stjerne eller et velkendt stjernebillede. Man kan også prikke lidt små huller i et stykke aluminiumsfolie, som placeres oven på en overheadprojektor. Hullerne kan laves med en knappenål, og de kan for eksempel placeres på samme måde som stjernerne i Karlsvognen.

Forsøget lægger op til en diskussion af, hvorfor man har brug for at lave astronomiske teleskoper uden for atmosfæren (for eksempel Hubble Teleskopet). Forsøget kan desuden bruges til at fortælle om et fatamorgana, hvor lys brydes i meget varm luft for eksempel i en ørken eller over en hed asfaltvej på en sommerdag.

Udstyr og materialer:

Laser
Kogeplade
Forsøg nr.: 35
Formål: At demonstrere lysledere.
Resume: En laserstråle kan sendes gennem en lysleder bestående af et bøjet plexiglasrør.
Nøgleord: Brydning, brydningsindeks, lys, lysledere, optik, reflektion.

Beskrivelse:

En stang af plastik eller plexiglas kan anvendes som en lysleder. Kravet til en lysleder er, at lystrålen oplever
total intern reflektion inde i lederen.

En bøjet stang af plexiglas kan bruges som lysleder. Laserstrålen ledes rundt via total intern reflektion.
I praksis kommer der dog en mere diffus lysstråle ud i den anden ende.
Forsøget kan bruges til at demonstrere total intern reflektion samt princippet bag lysledere.

Lysleder lavet af en bøjet plexiglasstang. En laserstråle kan sendes igennem fra en laserpointer.
Man kan ofte se de første par reflektioner inde i lyslederen. Herefter bliver lyset meget diffust.

Grønt laserlys sendes igennem en lysleder. Selv om der kommer et svagt, diffust lys ud fra hele stangen (pga. urenheder i plastikstangen),
kommer hovedparten af lyset ud i den anden ende.
For at lyslederen virker, skal der være stor forskel mellem lederens og omgivelsernes brydningsindeks. Vaseline har et brydningsindeks,
der ligger tæt op ad plexiglas'. Hvis man placerer en
ille klat vaseline på det sted, hvor laseren første gang reflekteres, vil lyset fortsætte ud af lyslederen og ind i vaselinen, hvor den spredes
til alle sider.

Udstyr og materialer:
Bøjet stang af plexiglas
Laser
Forsøg: Eftervis lyds egenskaber
Forsøg: Hvilken koncekvenser kan lyden have på din hverdag
Full transcript