INNEHÅLL

OM DIN FYSIK

Bakgrund

Upplägg

Text och bild

Kontakta oss

Finansiärer

Ämnen >|< Teman

Teman >|< Ämnen

Ämnen >|< Teman

VAD ÄR FYSIK

Inledning fysik

Materia

Energi och kraft

Materians delar

Sammanfattning

Fördjupning

LJUD OCH VÅGOR

Vad är en våg?

Ljudvågor

Örat och hörseln

Skapa ljud

Sammanfattning

Högtalare

NATURVETENSKAPLIGT ARBETSSÄTT

Fysikens ramar

Vad är fysik?

Observera

Beräkna

Modeller

Källkritik

Sammanfattning

ATOMKÄRNAN OCH STRÅLNING

print

Atomkärnan

13-3-1

Atomkärnan

När vi tittade på blomman tidigare kunde vi se att den var röd. Det synliga ljuset reflekteras och våra ögon registrerar det reflekterade ljuset som rött. På liknande sätt är det med atomkärnan. Genom att “lysa” på en atomkärna och se vad som reflekteras kan vi få information om den. Men eftersom atomkärnorna är så små måste vi lysa på dem med mycket kortare våglängder än det synliga ljuset. Vi kan egentligen inte se något så litet som atomkärnan, men vi kan se vad som händer när kortvågig strålning belyser den. Vi kan också mäta vad som händer när olika atomkärnor krockar.

13-3-2

Delarna i atomkärnan

Atomkärnan innehåller protoner och neutroner. Protonerna är positivt laddade partiklar och antalet protoner i kärnan kallar man atomnumret. Det är antalet protoner som bestämmer vilket grundämne atomen är. Neutronerna är inte laddade och kallas därför neutrala. Samma grundämne kan ha olika antal neutroner i kärnan. Det här kallas för isotoper. Förhållandet mellan antalet protoner och neutroner i kärnan bestämmer hur stabil [blålänk: Något stabilt är stadigt och håller ihop bra.] en kärna är.

Vissa isotoper är därför stabila. Andra isotoper är istället instabila. I naturen hittar vi till exempel tre olika isotoper av grundämnet kol. Eftersom det är kol har atomerna alltid sex protoner. Men kolatomen kan ha 6, 7 eller 8 neutroner. En kolatom med sex protoner och åtta neutroner är radioaktiv. Vi kallar denna isotop av kol för kol-14, eftersom den har 6 + 8 = 14 kärnpartiklar (nukleoner).

 

 

 

Arkeologer har haft stor nytta av kol-14 eftersom det kan användas för att mäta hur gammalt ett fynd som innehåller kol är.

13-3-3

Atomer kan gå sönder

Det kan tyckas lite märkligt att det går att ha flera protoner väldigt nära varandra i en atomkärna. Eftersom protonerna är positivt laddade repellerar de varandra. Men det finns andra krafter som verkar på mycket korta avstånd som gör det möjligt för protonerna att hålla ihop. [I fördjupningen kan du läsa mer om den svaga kärnkraften som håller ihop atomkärnorna och den starka kärnkraften som håller ihop kvarkarna, som i sin tur bygger upp nukleonerna].

För att en atomkärna ska kunna bestå av flera protoner behövs neutroner som balanserar upp krafterna så att kärnan blir stabil. Med en stabil kärna menar man en kärna som inte faller sönder av sig själv. Är balansen mellan protoner och neutroner inte rätt kan atomkärnorna sönderfalla spontant . Dessa atomer kallas instabila, till skillnad från stabila atomer som inte sönderfaller.

Atomkärnor som sönderfaller spontant gör det för att göra sig av med energi och bli mer stabila. För att förstå hur sönderfall fungerar ska vi nu titta på grundämnena och deras isotoper.

13-3-4

Väteisotoper

Väte är det enda ämnet som har en stabil isotop helt utan neutroner. Den består av en proton och en elektron, och det är den vanligaste sortens väte. Väteisotopen med en neutron i kärnan kallas deuterium och den med två neutroner tritium . Det är ganska ovanligt med deuterium i naturen. Om du har 6500 väteatomer så är en av dem deuterium. Tritium är ännu ovanligare.

Eftersom deuterium har två partiklar i kärnan väger det mer än vanligt väte. En vattenmolekyl med två deuteriumatomer, D2O, kallas tungt vatten eftersom det har högre densitet än vanligt vatten. D2O är mycket ovanligt i naturen, men går att framställa i ett laboratorium. Densiteten för tungt vatten är faktiskt så stor att en isbit av D2O sjunker i vanligt vatten.

[Film på isbit av tungt vatten]

 

13-3-5

Energin bevaras

För varje grundämne finns det flera isotoper. Vissa är stabila, andra är instabila. Instabila isotoper kan sönderfalla för att bli mer stabila. En atomkärna kan sönderfalla på olika sätt och skickar då ut strålning. De tre viktigaste typerna av joniserande strålning är alfa-, beta- och gammastrålning. Vi kommer snart att läsa mer om vad joniserande strålning är

När man tittar på sönderfall är det viktigt att komma ihåg att energin alltid bevaras. Det innebär att energin som atomen har innan den faller sönder är precis lika stor som den totala energin för bitarna efter sönderfallet. Men något märkligt inträffar om man mäter hur mycket partiklarna väger före och efter sönderfallet. Det visar sig nämligen att de väger lite mindre efteråt. Det beror på att massa också är energi. En liten del av partiklarnas massa omvandlas till energi, framför allt rörelseenergi, och därför väger partiklarna efter sönderfallet lite mindre än atomen gjorde innan.

Det var Albert Einstein som 1905 visade att det finns en koppling mellan massa och energi

I den här ekvationen är E energin, m massan och c ljusets hastighet. Tvåan betyder att man multiplicerar ljusets hastighet med sig själv. c är ett otroligt stort tal, så när massa omvandlas till energi så blir det väldigt stora mängder energi.

 

 

 

 

 

 

 

alfa (α), beta (β) och gamma (ɣ) är de tre första bokstäverna i det grekiska alfabetet, som används mycket inom fysik och matematik

 

 

 

 

 

 

 

c=300 000 km/s

Quiz - Atomkärnan

Vilka partiklar finns i atomkärnan?

Elektroner och protoner
Protoner och neutroner
Elektroner och neutroner

Vad kallas antalet protoner i en atomkärna?

Masstal
Atomnummer
Isotopnummer

Vad kallas det sammanlagda antalet protoner och neutroner i en atomkärna?

Masstal
Atomnummer
Laddningstal

Vad bestämmer vilket grundämne en atom är?

Antalet neutroner
Antalet protoner
Antalet elektroner
Kärnans massa

Atomer av samma grundämne kan vara olika isotoper. Vad skiljer isotoperna åt?

Antalet neutroner
Antalet protoner
Grundämnets atomnummer

Vad är isotoper?

Atomer med olika antal protoner men lika många neutroner
Atomer av samma grundämne med olika antal neutroner
Atomer som alltid är radioaktiva

Hur många protoner har alla kolatomer?

4
5
6
14

Varför kallas isotopen kol-14 för kol-14?

Den innehåller 14 protoner
Den innehåller 14 neutroner
Den har sammanlagt 14 protoner och neutroner

Varför stöter protoner bort varandra?

De är neutrala
De är negativt laddade
De är positivt laddade

Vilken betydelse har neutronerna för många atomkärnors stabilitet?

De bidrar till att hålla samman kärnan utan att öka den elektriska repulsionen
De bestämmer vilket grundämne det är
De gör hela atomen elektriskt neutral

Vad menas med att en atomkärna är stabil?

Den innehåller många protoner
Den är radioaktiv
Den sönderfaller inte spontant

Vilken väteisotop saknar neutroner?

Vanligt väte
Deuterium
Tritium

Vad kallas vatten som består av två deuteriumatomer och en syreatom?

Surt vatten
Destillerat vatten
Tungt vatten

En atom har atomnummer 6 och 8 neutroner. Vilken isotop är det?

Kol-6
Kol-8
Kol-14

Två atomer tillhör samma grundämne men har olika massa. Vilken förklaring är mest rimlig?

De har olika antal protoner
De har olika antal elektroner
De har olika antal neutroner och är isotoper

Vilken beskrivning passar bäst för en instabil atomkärna?

En kärna som spontant kan sönderfalla
En kärna utan protoner
En kärna som saknar elektroner

Vilken av följande väteisotoper innehåller flest neutroner?

Vanligt väte
Deuterium
Tritium

En isbit av tungt vatten (D₂O) sjunker i vanligt vatten. Vad visar det om isbitens densitet?

Den är högre än det vanliga vattnets densitet
Den är lägre än det vanliga vattnets densitet
Den är lika stor som det vanliga vattnets densitet

Vid ett kärnsönderfall kan produkternas sammanlagda massa vara lite mindre än den ursprungliga kärnans massa. Vad motsvarar masskillnaden?

Massa som har försvunnit utan att något annat bildats
Nya neutroner som stannat kvar i kärnan
Energi som har frigjorts

Vilken slutsats kan man dra från Einsteins formel E = mc²?

Massa och energi saknar samband
Massa och energi hänger samman, och en liten massa motsvarar mycket energi
Ljusets hastighet beror på atomkärnans massa

Vilka av följande påståenden om en neutral atom är korrekta?

Den har lika många protoner som elektroner
Atomnumret anger hur många protoner atomen har
Den måste ha lika många neutroner som protoner
Elektronerna finns i atomkärnan

Frågan kräver flera rätt svar.

Para ihop partiklarna med deras elektriska laddning:

  • Proton
  • =
  • Neutron
  • =
  • Elektron
  • =
  • Negativ laddning
  • Positiv laddning
  • Ingen elektrisk laddning

Sortera väteisotoperna från minst antal neutroner till flest:

  • Deuterium
  • Tritium
  • Vanligt väte

En atom har atomnummer 8 och masstal 18. Hur många neutroner finns i kärnan?

8
10
18
26

En atomkärna får en extra neutron men har fortfarande lika många protoner som tidigare. Vad har hänt?

Den har blivit ett annat grundämne
Den har blivit en annan isotop av samma grundämne
Atomnumret har ökat med ett
Den har blivit en elektron
RÄTTA
RÄTTA
GÖR OM

Uppgift - Atomkärnan

Vilka partiklar finns i atomkärnan?

Elektroner och protoner
Protoner och neutroner
Elektroner och neutroner

Vad kallas antalet protoner i en atomkärna?

Masstal
Atomnummer
Isotopnummer

Vad kallas det sammanlagda antalet protoner och neutroner i en atomkärna?

Masstal
Atomnummer
Laddningstal

Vad bestämmer vilket grundämne en atom är?

Antalet neutroner
Antalet protoner
Antalet elektroner
Kärnans massa

Atomer av samma grundämne kan vara olika isotoper. Vad skiljer isotoperna åt?

Antalet neutroner
Antalet protoner
Grundämnets atomnummer

Vad är isotoper?

Atomer med olika antal protoner men lika många neutroner
Atomer av samma grundämne med olika antal neutroner
Atomer som alltid är radioaktiva

Hur många protoner har alla kolatomer?

4
5
6
14

Varför kallas isotopen kol-14 för kol-14?

Den innehåller 14 protoner
Den innehåller 14 neutroner
Den har sammanlagt 14 protoner och neutroner

Varför stöter protoner bort varandra?

De är neutrala
De är negativt laddade
De är positivt laddade

Vilken betydelse har neutronerna för många atomkärnors stabilitet?

De bidrar till att hålla samman kärnan utan att öka den elektriska repulsionen
De bestämmer vilket grundämne det är
De gör hela atomen elektriskt neutral

Vad menas med att en atomkärna är stabil?

Den innehåller många protoner
Den är radioaktiv
Den sönderfaller inte spontant

Vilken väteisotop saknar neutroner?

Vanligt väte
Deuterium
Tritium

Vad kallas vatten som består av två deuteriumatomer och en syreatom?

Surt vatten
Destillerat vatten
Tungt vatten

En atom har atomnummer 6 och 8 neutroner. Vilken isotop är det?

Kol-6
Kol-8
Kol-14

Två atomer tillhör samma grundämne men har olika massa. Vilken förklaring är mest rimlig?

De har olika antal protoner
De har olika antal elektroner
De har olika antal neutroner och är isotoper

Vilken beskrivning passar bäst för en instabil atomkärna?

En kärna som spontant kan sönderfalla
En kärna utan protoner
En kärna som saknar elektroner

Vilken av följande väteisotoper innehåller flest neutroner?

Vanligt väte
Deuterium
Tritium

En isbit av tungt vatten (D₂O) sjunker i vanligt vatten. Vad visar det om isbitens densitet?

Den är högre än det vanliga vattnets densitet
Den är lägre än det vanliga vattnets densitet
Den är lika stor som det vanliga vattnets densitet

Vid ett kärnsönderfall kan produkternas sammanlagda massa vara lite mindre än den ursprungliga kärnans massa. Vad motsvarar masskillnaden?

Massa som har försvunnit utan att något annat bildats
Nya neutroner som stannat kvar i kärnan
Energi som har frigjorts

Vilken slutsats kan man dra från Einsteins formel E = mc²?

Massa och energi saknar samband
Massa och energi hänger samman, och en liten massa motsvarar mycket energi
Ljusets hastighet beror på atomkärnans massa

Vilka av följande påståenden om en neutral atom är korrekta?

Den har lika många protoner som elektroner
Atomnumret anger hur många protoner atomen har
Den måste ha lika många neutroner som protoner
Elektronerna finns i atomkärnan

Frågan kräver flera rätt svar.

Para ihop partiklarna med deras elektriska laddning:

  • Proton
  • =
  • Neutron
  • =
  • Elektron
  • =
  • Negativ laddning
  • Positiv laddning
  • Ingen elektrisk laddning

Sortera väteisotoperna från minst antal neutroner till flest:

  • Deuterium
  • Tritium
  • Vanligt väte

En atom har atomnummer 8 och masstal 18. Hur många neutroner finns i kärnan?

8
10
18
26

En atomkärna får en extra neutron men har fortfarande lika många protoner som tidigare. Vad har hänt?

Den har blivit ett annat grundämne
Den har blivit en annan isotop av samma grundämne
Atomnumret har ökat med ett
Den har blivit en elektron