Jiří Dolejší, Olga Kotrbová, Univerzita Karlova v Praze

Podobné dokumenty
Lehký topný olej. 0 t CO 2 /MWh výhřevnosti paliva. 1,17 t CO 2 /MWh elektřiny

FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

264/2000 Sb. VYHLÁŠKA. Ministerstva průmyslu a obchodu. ze dne 14. července 2000,

Jak velký je atom? Počet atomů v m : N = Objem jednoho atomu V=1/N. Velikost atomu: a= V

Přírodní vědy - Chemie vymezení zájmu

Test jednotky, veličiny, práce, energie, tuhé těleso

Vyšší odborná škola, Obchodní akademie a Střední odborná škola EKONOM, o. p. s. Litoměřice, Palackého 730/1

OBECNÁ CHEMIE. Kurz chemie pro fyziky MFF-UK přednášející: Jaroslav Burda, KChFO.

Molekulová fyzika a termika. Přehled základních pojmů

Základy elektrotechniky - úvod

Chemické výpočty I (koncentrace, ředění)

Jaroslav Reichl. Střední průmyslová škola sdělovací techniky Panská 3 Praha 1 Jaroslav Reichl, 2017

Vyšší odborná škola, Obchodní akademie a Střední odborná škola EKONOM, o. p. s. Litoměřice, Palackého 730/1

ÚVODNÍ POJMY, VNITŘNÍ ENERGIE, PRÁCE A TEPLO POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Úloha 1: Vypočtěte hustotu uhlíku (diamant), křemíku, germania a α-sn (šedý cín) z mřížkové konstanty a hmotnosti jednoho atomu.

stechiometrický vzorec, platné číslice 1 / 10

1 mm = 0,01 dm 1 m = mm 1 mm = 0,001 m 1 km = m 1 m = 0,001 km

Urychlovače částic principy standardních urychlovačů částic

ÚVOD. Fyzikální veličiny a jednotky Mezinárodní soustava jednotek Skalární a vektorové veličiny Skládání vektorů

Energie, její formy a měření

1. ÚVOD 1.1 SOUSTAVA FYZIKÁLNÍCH VELIČIN, KONSTANT,

3.3 Částicová stavba látky

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

Tabulka 1. SI - základní jednotky

Molekulová fyzika a termika:

3 Mechanická energie Kinetická energie Potenciální energie Zákon zachování mechanické energie... 9

Mol. fyz. a termodynamika

Látkové množství. 6, atomů C. Přípravný kurz Chemie 07. n = N. Doporučená literatura. Látkové množství n. Avogadrova konstanta N A

FYZIKA 4. ROČNÍK. Kvantová fyzika. Fotoelektrický jev (FJ)

Biochemický ústav LF MU (V.P.) 2010

Látkové množství n poznámky 6.A GVN

Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy

Fyzika je přírodní věda, která zkoumá a popisuje zákonitosti přírodních jevů.

10. Energie a její transformace

soustava jednotek SI, základní, odvozené, vedlejší a doplňkové jednotky, násobky a díly jednotek, skalární a vektorové veličiny

Příklady Kosmické záření

Theory Česky (Czech Republic)

Třídění látek. Chemie 1.KŠPA

Relativistická dynamika

Složení hvězdy. Hvězda - gravitačně vázaný objekt, složený z vysokoteplotního plazmatu; hmotnost 0,08 M ʘ cca 150 M ʘ, ale R136a1 (LMC) má 265 M ʘ

1. OBSAH, METODY A VÝZNAM FYZIKY -

R2.213 Tíhová síla působící na tělesa je mnohem větší než gravitační síla vzájemného přitahování těles.

Základní chemické výpočty I

Fyzikální veličiny. Převádění jednotek

Jana Fauknerová Matějčková

Detekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou?

VÝPO C TY. Tomáš Kuc era & Karel Kotaška

1. Látkové soustavy, složení soustav

Ze vztahu pro mechanickou práci vyjádřete fyzikální rozměr odvozené jednotky J (joule).

Práce, výkon, energie

Práce, výkon, energie

Hamiltonián popisující atom vodíku ve vnějším magnetickém poli:

PŘEVODY JEDNOTEK. jednotky " 1. základní

264/2000 Sb. VYHLÁKA Ministerstva průmyslu a obchodu

Historie SI. SI Mezinárodní soustava jednotek - Systéme International d Unités

Chemické výpočty I. Vladimíra Kvasnicová

Domácí úlohy ke kolokviu z předmětu Panorama fyziky II Tomáš Krajča, , Jaro 2008

VY_32_INOVACE_FY.01 FYZIKA - ZÁKLADNÍ POJMY

Za hranice současné fyziky

FYZIKA na LF MU cvičná. 1. Který z následujících souborů jednotek neobsahuje jen základní nebo odvozené jednotky soustavy SI?

Projekt Efektivní Učení Reformou oblastí gymnaziálního vzdělávání je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Od kvantové mechaniky k chemii

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

ENERGIE a její přeměny

4. V jednom krychlovém metru (1 m 3 ) plynu je 2, molekul. Ve dvou krychlových milimetrech (2 mm 3 ) plynu je molekul

Molekulová fyzika. (test version, not revised)

Mgr. Ladislav Blahuta

CHEMICKÉ VÝPOČTY I. ČÁST LÁTKOVÉ MNOŽSTVÍ. HMOTNOSTI ATOMŮ A MOLEKUL.

Základy molekulové fyziky a termodynamiky

Agrochemie - cvičení 05

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

2. Atomové jádro a jeho stabilita

Černé díry ve vesmíru očima Alberta Einsteina

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Radioterapie. X31LET Lékařská technika Jan Havlík Katedra teorie obvodů

ČLOVĚK A ROZMANITOST PŘÍRODY VESMÍR A ZEMĚ. GRAVITACE

FYZIKA 2016 F.. Strana 1 (celkem 6)

Standardní model a kvark-gluonové plazma

Vnitřní energie. Teplo. Tepelná výměna.

Hydrochemie koncentrace látek (výpočty)

LÁTKOVÉ MNOŽSTVÍ. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

(v zrcadle výtvarné estetiky)

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Vybrané podivnosti kvantové mechaniky

N A = 6, mol -1

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

Úvod. rovinný úhel např. ϕ radián rad prostorový úhel např. Ω steradián sr

Veličiny- základní N A. Látkové množství je dáno podílem N částic v systému a Avogadrovy konstanty NA

ATOMOVÉ JÁDRO. Nucleus Složení: Proton. Neutron 1 0 n částice bez náboje Proton + neutron = NUKLEON PROTONOVÉ číslo: celkový počet nukleonů v jádře

Molekulová fyzika a termodynamika

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

58. ročník fyzikální olympiády kategorie G okresní kolo školní rok

Soustava SI FYZIKÁLNÍ VELIČINY A JEDNOTKY

Soustava vznikla v roce 1960 ze soustavy metr-kilogram-sekunda (MKS).

VY_32_INOVACE_246. Základní škola Luhačovice, příspěvková organizace Ing. Dagmar Zapletalová. Člověk a příroda Fyzika Opakování učiva fyziky

Jana Nováková Proč jet do CERNu? MFF UK

Příklad 3 (25 bodů) Jakou rychlost musí mít difrakčním úhlu 120? -částice, abychom pozorovali difrakční maximum od rovin d hkl = 0,82 Å na

Stavba atomů a molekul

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

Transkript:

Škály v mikrosvětě Jiří Dolejší, Olga Kotrbová, Univerzita Karlova v Praze Na svět se díváme z lidského hlediska a proto i základní škály souvisí s lidskými dimenzemi: Lidé se rodí velcí okolo 0.5 metru a postupně vyrostou až na 1.5 2 metry, zajímavé dimenze jsou např. 0.9-0.6-0.9 m atd. Začínáme s hmotností několika kilogramů a postupně získáme desítky, maximálně stovky kg Typický časový interval, který jsme schopni postřehnout, je v rozsahu od zlomků sekund (někdy rozhodnutí mezi životem a smrtí na silnicích) do desítek let našeho života (přibližně ř lž ě od 10-1 s do 10 2 let 10 9 s, protože 1 rok se přibližně rovná π.10 7 s ověřte si to sami!) Jsme schopni nést sebe a k tomu ještě nějaké zavazadlo, tj. okolo 10 2 kg do kopce s rychlostí okolo 500 m za hodinu, což znamená výkon mgδh/δt 10 2.10.500/600 wattů 140 W. To je zhruba jedna pětina výkonu koně ( koňské síly 745 W) a dvojnásobek výkonu, který se obvykle nazývá lidská síla (1/10 koňské síly). 5 hodin stoupání odpovídá práci 2 500 000 joulů 25MJ 2.5 MJ. Denně ě získáme íká z jídla přibližně ě 10 MJ v jídle, dokonce i když neděláme téměř nic... 1

A co rozměry atomů? Zkusme se k nim dostat! Můžeme zkusit rozkrájet nějaký makroskopický předmět na mikroskopické kousky rozhodl jsem se rozdělit jenom kousek čokolády. Postupoval jsem půlením... 100 g 10-1 kg 100/15 g 1 1/2 1/2 2 1/2 1/2 4 1/2 5 1/2 6 1/2 7 1/2 8 1/2 9 100/15. 1/2 14 g 4.10-4 g 0.4 mg Jak blízko jsme 1/2 10 1/2 11 1/2 12 1/2 1 1/2 14 atomům??? 2

Trvalo to staletí než byly určeny rozměry atomů a jejich vlastnosti. Dnes víme, že typické rozměry atomů jsou 10-10 m a jejich hmotnost je řádově 10-27 10-25 kg. Nejlehčí částicí je elektron o hmotnosti 10-0 kg. Hmotnostní škála naše tělo nejmenší kousek čokolády, který mohu ještě vidět atom elektron 10 1 10-10 -6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-21 10-24 10-27 10-0 Délková škála nejmenší kousek čokolády, který mohu ještě vidět atomové jádro vlnová délka naše tělo světla atom elektron kg 1 10-10 -6 10-9 10-12 10-15 10-18 m

Z krájení čokolády se můžeme naučit, že atomy jsou mnohem menší a lehčí, než si dokážeme představit. V světě atomů se těžko můžeme orientovat pomocí našich smyslů, měli bychom se raději naučit různé vztahy odhadovat. Můžeme si pomoci chytře vybranými jednotkami. Pro hmotnost můžeme používat jednotku blízkou hmotnosti nejlehčího atomu (H)... atomovou hmotnostní jednotku u, která je definována jako 1/12 hmotnosti atomu uhlíku ( 12 C). 1 u 1.660 58 7 10-27 kg Další užitečná hmotnostní jednotka je zavedena pomocí Einsteinova vztahu pro energii a hmotnost E mc 2 : Hmotnost můžeme tedy vyjádřit v jednotkách dělené c 2. Nejčastěji používanou jednotkou pro energii v mikrosvětě jsou elektronvolty: 1 ev 1.602 176 46 10-19 J, 1 ev/c 2 1.782 661 7 10-6 kg 1 u 91.494 01 MeV/c 2 Neočekáváme, č á že si někdo bude pamatovat t tato t ošklivá čísla. l Ale je užitečné č si pamatovat hmotnost protonu a elektronu, c a převod ev na J: m proton u 1 GeV/c 2, m elektron 0,5 MeV/c 2 1 ev 1,6 10-19 J, c 10 8 m/s 4

Hmotnostní a délková škála ještě jednou naše tělo Nejmenší kousek čokolády, který mohu vidět atom elektron 10 1 10-10 -6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-21 10-24 10-27 10-0 kg TeV GeV MeV /c 2 Mnohem jednodušší je přizpůsobit délkovou škálu mikrosvětu je vhodné používat odpovídající í í předpony zlomky nanometrůů pro atomy a femtometry pro jádra. Podívejte se do kapitoly 2 na detailní popis experimentu odhalující strukturu atomu. Můžete se také setkat s angströmem (1 Å 10-10 m) a fermi (1 F 1fm101 10-15 m). 10 12 10 9 10 6 10 1 10-10 -6 10-9 10-12 10-15 T G M k m μ n p f tera giga mega kilo mili micro nano pico femto 5

Jelikož jsou atomy tak malé, v jakémkoli kousku hmoty jich je velké množství v každém molu 6.022 142 0 1O 2 (Avogadrovo číslo). l)spočítejme, kolik atomů ů je ve sklenici vody (řekněme o objemu 0.2 litru). Objem hustota Hmotnost vydělená molární hmotností hmotnost t vody (2 1+1618 11618gpro H 2 O) počet atomů H V. ρ m mol H2O N Avogadro.2 Dva atomy H na molekulu H 2 O 200 cm.1g/cm 18 g/mol 6.0 10 2 mol 1. 2 1. 10 25 Jaký je průměrný objem, který zabírá jedna molekula vody? Ve zmíněné sklenici je 0,67 10 25 molekul vody, proto 200 cm 2 29.0 10 cm.0 10 m 0.0 nm 25 VH 2 O molekuly 0.67 10 Kdyby byl tento objem ve tvaru krychle, tak její hrana bude mít délku 0. nm. 6

Stránky pro experty! Můžete je přeskočit, ale co to zkusit! Dokázali by yjste spočítat energii protonu padajícího z nekonečna na povrch Země (při zanedbání vzduchu)? Komentář: Uvědomme si, že gravitace je v podstatě efektivní urychlovač, přinejmenším pro kameny, letadla, sebevrahy atd. a tak můžeme očekávat docela nezanedbatelnou energii... Možná si pamatujete, že potenciál pole je užitečná veličina, pomocí které vyřešíme náš problém, určitě jste už viděli potenciál centrálního gravitačního anebo centrálního Coulombovského pole. Tento potenciál je v nekonečnu nulový a v dané vzdálenosti r od zdroje pole nabývá hodnoty M 1 ϕ gravitation κ, ϕelectric r 4πε 0 Q r Záporné znaménko v gravitačním potenciálu vyjadřuje, že těleso o hmotnosti m má zápornou potenciální energii E φ(r)m. Těleso je přitahováno gravitací, aby bylo volné, měli bychom mu dodat energii E. Energii E -E můžeme nazývat vazbová tělesa v poli. V našem případě předpokládejme proton v klidu v nekonečnu (s nulovou kinetickou, potenciální a celkovou energií), který bude urychlen přitažlivou silou (získá kladnou kinetickou energii, která vykompenzuje zápornou potenciální energii a celková zůstane nulová). Kinetickou energií nám padající proton vrazí do hlavy, toto je veličina, která nás zajímá: M M E p kin mpϕgravitačra( RZemě ) mpκ κ gr R Zeměě Zeměě mp RZemě mp R 2 Země Země RZemě 27 2-19 Ep kin 1.6 10 kg 9.8 ms 6400 km 1.1 10 J 0.7 ev Toto je gravitační zrychlení g 7 To znamená, že elektrické pole vytvořené tužkovou baterií ve vašem walkmanu urychlí proton více než gravitační pole Země!!!

Energetická škála Jak už jsme se zmínili, nejčastěji používanou jednotkou v mikrosvětě je elektronvolt. Klidová komára Moje kinetická při chůzi 1joule Kinetická letícího komára Klidová atomu Klidová elektronu Energie fotonů ve viditelném světle Tepelná atomu 10 0 10 27 10 24 10 21 10 18 10 15 10 12 10 9 10 6 10 1 10 - ev (TeV) (GeV) (MeV) (kev) (ev) (mev) Lidská denní spotřeba Energie obsažená v jedné sklenici piva (0.5 litr) Největší jednotlivé částice pozorované v kosmickém záření Největší protonu ze současného urychlovače č (Tevatron ve FNAL) Vazbová nukleonů v jádru Energie elektronu v televizní obrazovce Vazbové elektronů v atomech Energie proto- nu z příkladu o volném pádu 8

To be continued 9