Fysik - Atom och kärnfysik

Atomen är inte odelbar! Området innehåller: - Atomens inre - Fundamentala naturkrafterna - Radioaktivitet och radioaktivt sönderfall - Fission - Fusion

1. Atomen

Atommodell

• Atomen är uppbyggd av protoner, neutroner och elektroner.
• Proton (+) i kärnan, vikt ~1 u
• Neutron (0) i kärnan, vikt ~1 u
• Elektron (-) i skal/elektronmoln, vikt ~1/2000 u
• Atomnummer = antalet protoner i kärnan
• Masstal = antalet nukleoner (protoner och neutroner)
• Isotop = Variant av ett grundämne, med fler eller färre neutroner i kärnan
• Atommassan = Genomsnittlig atommassa för isotoperna av ett grundämne.
• Viktenhet på atomnivå: Atommassenhet, 1 u (1 u definieras som 1/12 av massan av kol-12)
• Elementarpartiklar är materiens minsta beståndsdelar.

Läs och lär:
- Fysikboken sidan 200-203, läs och svara på frågorna.
- Kort film, Atomer, (14 min) https://sliplay.se/avmedia-falun/play/products/933686-atomer
- Filmklipp: Snabbkoll - atomer (2 min): https://sliplay.se/avmedia-falun/play/products/845469-atomer
- Filmklipp, Atomer, (5 min), välj svensk text i inställningar (kugghjulet): 



Resurser: 
- Periodiska systemet https://www.ptable.com/?lang=sv#Writeup/Wikipedia

Fördjupning:
- Film: Bortom atomen https://www.ne.se/play/ur/program/191822
- Elementarpartiklar:

- Filmklipp: Vad är allt? (5 min), välj svensk text i inställningar (kugghjulet):

2. De fundamentala naturkrafterna

• Gravitation - "Tyngdkraft", verkar mellan alla föremål med massa. Håller ihop himlakroppar, solsystem och galaxer. Håller kvar atmosfären och dig på Jordens yta och håller månen i bana runt Jorden.
• Elektromagnetisk växelverkan - Verkar mellan alla partiklar som har en laddning. Håller ihop atomerna och molekylerna och står bakom elektricitet, magnetism, friktion, kemiska reaktioner, med mera.
• Stark växelverkan - Verkar inom och mellan atomkärnans partiklar. Binder samman kvarkar till protoner och neutroner samt håller ihop atomkärnan.
• Svag växelverkan - Verkar mellan elementarpartiklarna. Spelar roll vid Betasönderfall.
  
  

Läs och lär: 
- Fysikboken sidan 203 
- Filmklipp: https://www.ne.se/play/twig/program/setwg00668

Fördjupning:
Fysikboken sidan 218
- Film: Universums ursprung - https://youtu.be/HdPzOWlLrbE

3. Radioaktivitet och radioaktivt sönderfall

Alfa Beta Gamma

• Tre typer av joniserande strålning: Alfa-, Beta- och Gammastrålning.
• Alfastrålning (α), består av en "heliumkärna" från atomkärnan och bildas vid alfa-sönderfall. Har kort räckvidd och stoppas av till exempel papper eller huden.
• Betastrålning (β), består av en elektron. Bildas vid beta-sönderfall, när en neutron blir till en elektron och en proton. Har längre räckvidd än alfastrålning, men stoppas av till exempel glas och metallfolie.
• Gammastrålning (γ), är en högenergi-foton eller högfrekvent elektromagnetisk strålning, som uppstår bland annat vid alfa- och betasönderfall. Har lång räckvidd och stoppas av bly eller tjock betongvägg.
• Bakgrundsstrålning är kosmisk strålning, strålning från mark och byggnader, strålning från radon i luften och strålning från den egna kroppen.
• Radioaktivitet mäts i Becquerel, 1 Bq = 1 sönderfall per sekund
• Stråldos mäts i Sievert (Sv) eller Millisievert (mSv).1 Sv = 1 Joule per kilogram. Den genomsnittliga stråldosen i Sverige är cirka 3 mSv/år. Dödlig dos är 1-10 Sievert.
• Halveringstid är den tid som det tar för hälften av atomkärnorna i ett radioaktivt ämne att sönderfalla.
• Halveringstiden för Kol-14 kan användas för datering av organiskt material (växt- och djurdelar) som är upp till 60 000 år gammalt.
• *Sönderfallsserier med alfa- eller beta-sönderfall avgör vilka ämnen som bildas vid radioaktivt sönderfall.
  

Läs och lär:
- Fysikboken sidorna 204-211
- NE.se https://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/enkel/radioaktivitet
- Film: Marie Curie och Henri Bequerell (15 min) https://sliplay.se/avmedia-falun/play/products/298119-milstolpar-henri-bequerel-marie-curie-och-radioaktivitetenhttps://sliplay.se/avmedia-falun/play/products/298119-milstolpar-henri-bequerel-marie-curie-och-radioaktivitetenhttps://sliplay.se/avmedia-falun/play/products/298119-milstolpar-henri-bequerel-marie-curie-och-radioaktivitetenhttps://sliplay.se/avmedia-falun/play/products/298119-milstolpar-henri-bequerel-marie-curie-och-radioaktiviteten
Resurser:
- Karta https://apps.sgu.se/kartvisare/kartvisare-uranstralning.html
- Mäta radon, information: https://www.boverket.se/sv/byggande/halsa-och-inomhusmiljo/radon/mat-radon-i-ditt-hus/
- Mäta radon, beställa test: https://radonova.se/

Fördjupning:
- Fysikboken sidorna 224-229
- Sönderfallsserier: https://sv.wikipedia.org/wiki/S%C3%B6nderfallskedj
- Film: Willard Libby Kol-14  https://www.ne.se/play/ur/program/191120

4. Fission - kärnklyvning

Princip (ex Uran-235):

• Kärnklyvning sker när en neutron skjuts in i en atomkärna som blir så instabil att atomkärnan klyvs.
• Vid kärnklyvning bildas två nya lättare atomkärnor, neutroner och energi.
• Neutronerna kan klyva nya atomkärnor och skapa en kedjereaktion.
• *Massan som omvandlas till energi vid kärnklyvning beräknas med formeln E = mc²
• Energin från kärnklyvningen omvandlas från värme till elektricitet i kärnkraftverk.
• Kärnklyvning med okontrollerad kedjereaktion leder till en explosion, som till exempel i "Atombomber".

Läs och lär
- Fysikboken sidorna 212-215
- Film: Kärnkraft https://www.sli.se/r/BzzF?sr=19f1c053ecaafd16c62732fc8ef34b31

Resurser
- Nukemap - https://nuclearsecrecy.com/nukemap/

Fördjupning

Kärnkraft del 1:



- Kärnkraft del 2: https://youtu.be/HEYbgyL5n1g
- Kärnkraft del 3: https://youtu.be/pVbLlnmxIbY

5. Fusion - kärnsammanslagning

Princip (ex Deuterium och Tritium):

• Kärnsammanslagning är när två atomkärnor slås ihop till en tyngre atomkärna.
• Fusion är det som får Solen och alla andra stjärnor i Universum att lysa och stråla.
• i Solen bildas Helium när Väte slås ihop under enormt tryck och temperatur.
• Om det går att bygga en fusionsreaktor, skulle det ge oss massor av ren energi, utan farligt avfall.
• Fusion är energikällan i de kraftigaste bomber som någonsin tillverkats, "vätebomber".

Läs och lär
- Fysikboken sidan 216-217
- Fusionsenergi, NE.se: https://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/enkel/fusionsenergi
- Film: https://sliplay.se/avmedia-falun/play/products/835973-briljanta-forskare-fusionskraft
- Kahoot! https://create.kahoot.it/share/atom-och-karnfysik/c11012b6-92ca-4742-bbcb-16238a7ac768

Fördjupning
- Fusionsenergi, NE.se: https://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/l%C3%A5ng/fusion
- Filmklipp, Fusionsenergi: https://youtu.be/mZsaaturR6E

--------------------------------------------------------

Bilder och grafik från Wikimedia Commons.

Läroplansmål

Syfte

• kunskaper om fysikens begrepp och förklaringsmodeller för att beskriva och förklara samband i naturen och samhället,
• förmåga att använda fysik för att granska information, kommunicera och ta ställning i frågor som rör energi, teknik och miljö, och

Centralt innehåll

• Partikelstrålning och elektromagnetisk strålning, deras användningsområden och risker.
• Observationer och experiment med såväl analoga som digitala verktyg. Formulering av undersökningsbara frågor, planering, utförande, värdering av resultat samt dokumentation med bilder, tabeller, diagram och rapporter.
• Sambandet mellan undersökningar av fysikaliska fenomen och utvecklingen av begrepp och förklaringsmodeller. De fysikaliska förklaringsmodellernas historiska framväxt, användbarhet och föränderlighet.
• Informationssökning, kritisk granskning och användning av information som rör fysik. Argumentation och ställningstaganden i aktuella frågor som rör energi, teknik och miljö.

Uppgifter

Fysik - Atom och kärnfysik - radioaktivitet och radioaktivt sönderfall

Svara på uppgifterna med hjälp av boken, sidorna 204, 221, 224-225, 228 eller andra källor.

1. Vilka sorter joniserande strålning finns det och vad består de av? (E)
2. Vad är halveringstid? (E-C)
3. Vilken är enheten för radioaktivitet? (E)
4. Vilken är enheten för stråldos? (E)
5. Plutonium har en halveringstid på 24 000 år. Hur många år har gått tills bara en sextondel är kvar och resten har sönderfallit? (C)

Fysik - Atom och kärnfysik - komplettering

Enligt överenskommelse med läraren.

Fysik - Atom- och kärnfysik - Prov

Provet gör på lektionstid.

Hjälpmedel: Papper, penna, sudd, periodiska systemet.

Fysik - Atom- och kärnfysik - Prov

Prov i ämnesområdet Atom- och kärnfysik görs på lektionstid.

Hjälpmedel: Periodiska systemet, papper, penna, sudd.

Förberedelser:

- Läs igenom planeringen i Unikum och kontrollera att du kommer ihåg och kan använda de begrepp som tas upp.

- Kontrollera att du kan hitta information i periodiska systemet, (finns t ex I bokens pärm).

- Läs igenom kapitlet i Fysikboken sid 200-234.

- Repetera innehållet i kapitlet med sammanfattningen på sidorna 235-236 i Fysikboken.

- Svara på ”testa dig” och ”förklara och resonera” på sidorna 203, 206, 215, 223 och 229.

- Träna med en Kahoot! https://create.kahoot.it/share/atom-och-karnfysik/c11012b6-92ca-4742-bbcb-16238a7ac768