Kap 5 stråling – vi lever i en strålende verden
- Admin
- 24. nov. 2017
- 12 min lesing
Kap 5 stråling – vi lever i en strålende verden
5A vårt strålingsmiljø – synlig og usynlig energi
Synlige og usynlige energi
Begrepet stråling bruker om en lang rekke fenomener i dagliglivet. Felles for dem er at strålingen knytter seg til energien som sendes ut fra en strålingskilde, for eksempel sola, røntgenapparat eller et radioaktivt stoff. Stråling kan være bølger og partikler. Stråling er overalt, både synlig og ikke synlig.
5B Elektromagnetisk stråling – mer enn bare lys
Mer enn bare lys
Uten lys kan ikke vi leve på jorda. Energien i lyset er stykket opp i små på at lyset har bølgepakker som kalte fotoner.
Bølger – transport av energi
Bølger består av bølgetopper og bølgedaler. Avstanden mellom to bølgetopper kaller bølgelengde. Bølgene på et stormfullt hav transporter enorme energimengder. Men vannmassene flytter seg ikke bortover. Transporten av energi er knyttet til at vannflaten svinger opp og ned. Frekvensen til en bølge er et mål på hvor fort bølgen svinger opp og ned. Frekvens måles i Hertz, Hz, er altså det samme som enheten 1/s.
Lys er elektromagnetisk stråling
Modellen innebærer at elektrisk ladde partikler som svinger fram og tilbake, sender ut elektromagnetisk stråling som får samme fart som lyset. Lyset måtte derfor være elektromagnetisk stråling.
Lysfart, bølgelengde og frekvens
Elektromagnetiske bølgene bre seg 300000km/s i vakuum. Det går fort i luft, men sakte i glass og vann. Det er en enkel sammenheng mellom fart til lyset(c), bølge lengden(λ) og frekvensen(f):
Lysfart = frekvens *bølgelengden
Hvis bølgelengde blir liten, må frekvensen være stor for at produktet av de to skal bli nemlig c(300000km/s).
Det elektromagnetiske spektret – vi bader i et hav av elektromagnetiske bølger
Bølgelengden til de ulike elektromagnetiske strålene strekker seg fra mange hundre tusen meter(105m) til noen milliondels milliondels millimeter(10-15m). Hvis vi sier at de elektromagnetiske bølgene er små bølgepakker, fotoner, så er det fotonene med kortest bølgelengde som har mest energi.
Radiobølger – brukes til mye mer enn radioprogrammer!
Radiobølger er et felles ord for mange type elektromagnetisk stråling med lang bølgelengden, varierer fra 1 med mer til mer enn 10000m. Mikrobølger er et spesialtilfelle av radiobølger. Radio, fjernsyn er eksempel på dette.
Infrarød stråling – varmestråling
Bølgelenden til infrarød stråling ligger mellom 1 med mer og 0,0008 med mer, altså litt lengre bølgelengden enn synlig lys. Infrarød stråling er nemlig det vi kaller varmestråling. Alle gjenstander sender ut varmestråling. Jo høyere temperaturen gjenstander har, desto mer energirike fotoner sender den ut, og desto mer kortbølger blir strålingen. Bølge lengden blir bestemt av temperaturen. Blir temperaturen veldig høy slik at kokeplate begynner å gløde, kunne vi oppfatte den med øyene våre(kokeplate lyser rødt).
Synlig lys – en fryd for øyet
Synlig lys er den delen av elektromagnetisk spektret som øyene våre kan registrere. Rødt lys har lengst bølgelengde og fiolett har kortest. Fotonenergien er avhengig av bølgelengden, slik at fotoner med fiolett lys er mer energirike enn fotoner med rødt lys.
Hvitt lys – en blanding av flere bølgelengder
Sollyset består av alle de synlige bølgelengdene. Det ser vi i regnbue. Fordi at lyset blir brutt og reflektert i regndråpene.
Ultrafiolett stråling – usynlig stråling som bruner
Ultrafiolett eller UV- stråling har kortest bølgelengden. På grunn av den kort bølgelengden har fotoner svært høy energi, den er derfor skadelig for oss.
Røntgenstråling – gjennom marg, men ikke bein.
Røntgen fotonene er svært energirike. Røntgenstrålingen kan gå gjennom gjenstander som er ugjennomtrengelige for synlig lys.
5C Spektre – når vi ser fargene hver for seg
Når vi ser fargene hver for seg
Regnbuen er et spekter. Sollyset blir brutt gjennom regndråpene og skiller de forskjellige bølgelengdene fra hverandre. I et spektroskop blir lyset bøyd(vanligvis), eller brutt som i vanndråpene, og spredt ut på de forskjellige bølgelengdene slik at vi kan se nøyaktig hvilke bølgelengder lyskilden sender ut.
Spektrene til forskjellige strålingskilder
Ser vi lyset fra en lyspære gjennom spektroskop, ser vi et sammenhengende spekter. Spektret inneholder alle bølgelengdene i det synlige lyset.
Ser vi spektret fra en lysende gass, ser vi bare lys fra noen spesielle bølgelengder, de lysende linjene kaller vi spektrallinjer. Ser vi på solspektret, får vi noen mørke linjer i det sammenhengende spektret. Dette kalles absorpsjonsspekter.
Stråling fra gass – emisjonsspektre
Når vi varme opp gass, får vi et helt bestemt mønster. Ulike grunnstoffene gir forskjellige spektret. Fordi gass sender ut lys ved helt bestemte bølgelengder, kaller vi et linjespekter. Spektrallinjene er lyset fra usendte(emitterte) fotoner. Derfor kaller vi det emisjonsspektret.
Elektromagnetisk stråling – når elektroner faller
Skallmodell: fordi elektroner bare kan bevege seg i bestemte baner eller skall. Atomene kan bare eksistere i bestemte energitilstander. Akkurat hvor elektronet befinner seg, er det umulig å si noe om.
Når vi sender strøm gjennom en gass vil, elektroner med stor fart kollidere med atomer i gassen. Da får atomene større energi. Demme energitilførselen gjør at elektron i atomet springer ut til et elektron skall lenger unna kjernen. Elektroner faller straks tilbake til et skall nærmere kjernen. Da mister atomet energi. Denne energiforskjellen sender atomet ut som elektromagnetisk stråling – et foton. Elektronsprangene kan bare foregå mellom elektronskallene(energinivåene). Derfor sender gassen ut bare helt bestemte farger(fotoner). Viser et emisjonsspekter. Et atom vil alltid prøve på å ha minst mulig energi. Da beveger elektronene seg i de innerste skallene, og atomet er stabilt. Alle gasser viser emisjonsspektre så lenge trykket i gassen ikke blir for høyt.
Mørke linjer i solspektret – absorpsjonsspektre
Et glødende fast stoff, en glødende væske eller en gass med stort trykk gir et sammenhengende spekter. Regnbuen ser ut som et sammenhengende spekter. Med gode spektroskop ser vi at det er mørke linjer i det sammenhengende spekteret. Lyset fra sola passerer gjennom et lag med kjølig gass(solatmosfæren). Atomene i gassen absorberer(tar til seg) fotoner som har nøyaktig så mye energi som skal til for at elektronene kan hoppe til et skall lenger ute. Elektronene faller umiddelbart tilbake igjen og sender ut fotoner med den energien, men disse fotonene sendes i ale retninger. Energinivåene til atomene er unike for hvert grunnstoff. Linjespektrene avslører derfor hvilke grunnstoffer som er tilstede i en gass – de er grunnstoffenes fingeravtrykk.
5D Verdensrommet – avslørt av stråling
Avslørt av stråling
Vi kan vite om stjerne og verdensrommet gjennom den elektromagnetisk strålingen som kommer til oss.
Stjerne – et temperaturmål
Den mest lysstyrke fargen i spektret forteller oss om overflatetemperatur til stjerne. Jo kortere bølgelengde på fargen, desto høyere overflatetemperatur.
Spektrallinjer avslører stjernenes kjemiske sammensetning
Stjernespektre forteller oss hvilke kjemiske stoffer stjernene består av, og styrken på de forskjellige linjene sier noe om hvor mye det er av de ulike stoffene. De første stjernene som ble lagt i universet, hadde tilgang på hydrogen og helium og bitte litt litium og beryllium. Tyngre grunnstoff fantes ikke, men det gjør nå. De tyngre grunnstoffene er blitt laget i forbindelse med at stjerner dør.
Stjerne bevegelse – avslørt av dopplereffekt
Stjerner står ikke i ro, de kan bevege seg fra oss, eller mot oss. De snurrer rundt sin egen akse, og de kan gå i bane i et system av flere stjerner. For å undersøke bevegelsen ser vi på bølgelengden til spektrallinjene - de endrer seg nemlig når stjerner beveger seg.
Dopplereffekt – når bølgelengden blir kortere eller lengre fordi kilden beveger seg i forhold til deg
Lys er bølger som beveger seg gjennom lufta med en viss fart. Når bil beveger seg mot deg, blir lyd bølgelengden kortere. Når bilen beveger seg fra oss, blir lydbølgelengden lengre. Den egentlige lyden ligger midt mellom de to verdiene du registrerer. Fenomenet kalles dopplereffekt. Lys kan beskrives som bølger, og vi får den samme effekten hvis det er lyskilder som beveger seg i forhold til oss. Da er det bølgelengdene til de ulike spektrallinjene som blir kortere eller lengre.
Stjerner som kommer og stjerner som går
Når lyskilden er i ro i forhold til oss observerer vi laboratoriebølgelengdene. Hvis spektrallinjene til en stjerne har kortere bølgelengder enn normalt, sier vi at linjene er blåforskjøvet. Da beveger stjerne mot oss. Hvis spektrallinjene til en stjerne er lengre enn normalt, sier vi at linjene er rødforskjøvet. Stjerne fjerner seg. Jo fortere lyskilden beveger seg i forhold til oss, desto større blir bølgelengdeforskyvningen i spektrallinjene. Dopplereffekt kan avsløre både stjernerotasjon og dobbeltstjerner.
Eksotiske fenomener – når stjerner dør
Når stjerner dør, skjer det spektakulære ting. Den elektromagnetiske strålingen som blir sendt ut, gir oss informasjon om de fysiske prosessene som foregår. Når stjerner kallapser på slutten av sitt liv, kaster den av seg mye masse, enten i form av planetarisk tåke eller ved en supernovaeksplosjon. Hvor mye masse som er igjen etterpå, avgjør om stjerne ender opp som en hvit dverg, en nøytronstjerne eller et svart hull. De tyngste restene blir til svarte hull. Nøytronstjerner og svarte hull er restene eter stjerner med større masse enn vår egen sol.
1) Nøytronstjerner – tettpakkede nøytroner i piruett
2) Svarte hull – når ikke en gang lys slipper unna
3) Gammalimt – intens gammastråling en kort stund
Avstand til stjerner – lengre enn langt
Noen metode egner seg når stjernene er nærmere oss, mens andre egner seg best når stjernene er lengre unna oss.
1)Parallaksemetoden – finger foran øyet. Hold finer foran øyene(stjerne), bakgrunn er fjerne stjerner.
2)Lysstyrkemetode – strålingsintensiteten blir lengre når vi er lenger unna. Hvis vi kjenner effekten til stjerne kan vi bruke lysstyrkemetoden til å finne avstanden.
3)Hubbles lov – sammenheng mellom fart og avstand. v = Hr.
5E Sola – vår egen stjerne
Vår egen stjerne
Sola er jorda viktigste energikilde, uten sola ville jorda vært stusselig. Sola varmer opp jorda og gir lys om dagen. Sola gjør at vi kan se, og planter kan utføre fotosyntesen. Sola kan gi oss spektakulært nordlys.
Stjerner – når masse blir til energi(atomkjerner fusjonerer og frigjør energi)
Stjerner som sola er bygd opp av hydrogen, noe helium og litt av andre grunnstoffer. Temperatur og trykk i sentrum er svært høy, der blir det produsert energi ved fusjon av hydrogenkjerner. Det som skjer er at 4 hydrogen(protoner) og to elektroner blir til en heliumkjerne. Og helium blir til osv. heliumkjernen har altså mindre energien enn det de fire hydrogenkjernene og de to elektronene har til sammen. Dermed blir det masse til overs, og det blir sola energikilde, som går over til stråling.
Masse og energi – to sider av samme sak
Energi kan bli til masse og masse kan bli til energi. Sammenhengen mellom masse(m), energi(E) og lysfarten (c) er den verdensberømte likninger E = mc2. sola sender ut energi ved å fusjonere og vil til slutt dø, når det ikke er noe atomkjerner som kan fusjonere i sentrum.
Sola – aktiv og livgivende
Sola sender elektromagnetisk stråling fra mange lag med forskjellige temperatur. Det synlige lyset kommer fra fotosfæren, temperatur er omtrent 55500 C. ser man på sola, oppdager man mørke flekker på sola, det skyldes at temperatur i solflekker er lavere enn områdene omkring.
Solstormer og solvind
Sola sender ur en strøm av ladde partikler. Dette kaller solvind. Partiklene i solvinden klemmer jordas magnetfelt sammen på den siden som vender mot sola. Partiklene farer mot jorda som en solstorm. Solstormene påvirker jordas magnetfelt og lager vakkert nordlys. Solaktivitet og Solstormer: sola sender ut elektromagnetisk stråling og energirik partikkelstråling.
5F Nordlys – fra mystikk til fysikk
Hvor kan vi se nordlys? Nordlyset er som navnet antyder, knyttet særlig til polområdene.
Når ser vi nordlys? Vi forbinder nordlys med vinter, men egentlig er det der hele året. Vi kan bare ikke se det i de lyse netter, himmelen må være noenlunde mørk
Hvor høyt oppe er nordlyset? De fleste nordlys forekommer mellom 90 og 130 km over bakken, men en del og da særlig det stråleformede nordlyset strekker seg opp til noen hundre kilometers høyde. Til sammenligning er vanlig flyhøyde for et jetfly ca 10 km, og ozonlaget befinner seg 20 til 30 km over bakken. Vi må nesten opp dit hvor satellittene går for å finne nordlyset. En følge av den store høyden er et nordlys er synlig over avstander på flere hundre kilometer.
Hva er det egentlig? Fargene gjenspeiler hvilke gasser som finnes der oppe. Den gulgrønne fargen som særpreger nordlyset kommer fra oksygen. Det røde skyldes også for det meste oksygen, men nitrogen bidrar også. Det fiolette vi ofte ser i nedkant av nordlyset kommer fra nitrogen, og det samme gjelder det meste av det blå. Kilden for de elektriske partiklene er sola, og forholdene på sola avgjør om vi får nordlys. Partiklene strømmer ut fra sola, noen av dem fanges inn av jordas magnetfelt og finner veien ned til polområdene langs magnetfeltet. Men først har de vært en tur ute på nattsida av jorda og fått ekstra energi i magnetfeltet der. Hva som egentlig skjer der ute forstår vi ennå ikke godt.
Hvordan oppstår nordlys: nordlys oppstår når ladde partikler fra sola kolliderer med atomer og molekyler i jordas atmosfære.
Tre ting er nødvendig for at nordlys skal oppstår
sola: send er elektromagnetisk ladde partikler (solvind) ut i verdensrommet.
jordas magnetfelt: styrer partiklene i solvinden mot jordas polområder.
jordas atmosfære: består av atomer og molekyler som blir truffet av solvinden og sender ut fotoner.
sola sender ut kontinuerlig strøm av elektrisk ladde partikler. Gasstrømmen blir kalt solvind og de ladde partiklene er elektroner, protoner og ioner. Partiklene blir styrt av magnetfeltlinjene til sola og bruker 1- 3 dager før de når jorda. Solvinden varierer i styrke. De mest dramatiske utstrømningene skjer som plasmaskyer.
Jordas magnetfelt: i jordas inder er det flytende jern og nikkel som oppfører deg sin en stor magnetstav og danner et magnetfelt. Magnetfeltet er illustrert ved å tegne feltlinjer og piler angir retningen på feltet. Hele magnetfelt er fylt v partikler. Men for at det skal være lettere å se på hva som skjer er det bare tegnet inn noen få partikler.
Jordas atmosfære: når ladde partikler fra sola kommer inn atmosfære, får atomer og molekyler i atmosfære tilført energi og de blir eksitert. Når molekylene eller atomene går tilbake til et lavere energinivå sendes det ut et foton(lyskvant).
5G Drivhuseffekten – grunnlaget for liv
grunnlag for liv
Solstrålingen er svært skadelig for liv på jorda. Atmosfæren ligger nemlig som et beskytende lag rundt jorda og sørger for å opprettholde strålingsbalansen på jorda. Atmosfæren bestemmer hvilke strålingstyper som slipper inn, og hvilke stråling som slipper ut.
Energibalanse – når innstrålingen og utstrålingen er like store
Jorda mottar energi fra sola i form av stråling. Selv sender jorda energi i form av varmestråling. Det er balanse mellom innstråling og utstråling. Hvis det blir ubalanse, forandrer den globale temperaturen seg.
Temperaturen øker på jorda når den mottar mer energi fra sola i form av solstrålingen enn den selv sender ut som varmestrålingen fra jorda. Men når temperaturen på jorda øker, øker også varmestrålingen fra jorda.
Temperaturen faller hvis jorda sender, er energi enn den mottar fra sola. Når temperaturen på jorda blir lavere, sender jorda ut mindre varmestråling.
Atmosfæren absorberer varmestrålingen fra jorda
Varmestråling er langbølge stråling. På vei fra jorda blir denne strålingen absorbert av gasser i jordas atmosfære. Gassene sender så varmestrålingen ut igjen, men nå i alle mulige retninger. Noen strålig er rettet tilbake til jorda, mens andre vekk fra jorda. Resultatet er at jordoverflate varmer opp både av sola og atmosfæren. Fenomenet kaller drivhuseffekten, og gassene kaller drivhusgasser. Karbondioksid og vanndamp.
Drivhusgasser – gasser som absorberer varmestråling
De viktigste drivhusgassene er vanndamp(H2O), karbondioksid(CO2), metan(CH4) og lystgass(N2O)
CO2 er det viktigste menneske skapte drivhusgasser
Den største delen av varmestrålingen blir absorbert av vanndamp, den blir lite påvirket av mennesket aktivitet. Derfor dreier det om den nest viktig drivhusgasser som karbondioksid. Den har økt betydelig i de siste 50 årene.
Det finnes mange andre drivhusgasser også
KFK- gasser og Ozon(O3). KFK er skadelig for ozonlaget og med tanke på drivhuseffekten.
Jorda blir varmere, men hva skyldes det?
CO2 – innholdet i atmosfæren har økt, på grunn av bruk av fossil energikilder)olje, kull og gass). Ved forbrenningen av fossil energikilder, blir det frigjort CO2 til atmosfæren. Befolkningsveksten har økt så dobbel, og alle skal bruke energikilder.
Den globale gjennomsnittstemperatur har økt
Har økt med 0,6 grader bare de siste hundre årene. Øker den til 2 grader, ville det ha stor konsekvenser, stormutsatte, lavliggende og tettbefolkning. Havvannet stiger. Is smelter.
Konsekvenser i Arktis
I Arktis område er det permafrost. Det vil si at det er frost i bakken hele året. Denne permafrosten er i ferd med å trekke seg tilbake fordi temperaturen øker. Veier, toglinjer og bygninger kan da bli ødelagt fordi bakken synker sammen. Det ligger mye karbon i bakken i Arktis, og det vil bli frigjort hvis permafrosten smelter. Forandringen påvirker økosystemer. Været kan bli mer ekstremere, med sterke stormer, mer nedbør og flom. Klimaendringene kan gi en ekstra utfordring for levekårene og kulturens deres(Urfolk)
Tiltak – hvordan reduserer utslippene av drivhusgasser.
Internasjonal samarbeid kyoto- avtalen og klimakonvensjon. Arbeider for at medlemsland skal redusere utslippene av CO2.
Føre – var eller vente – og – se
Du har også et miljøansvar
5H Ozonlaget – Jordas solfilter
Jordas solfilter
Ozonlaget beskytter oss mot ultrafiolett stråling. Det ligger 15 til 30 km over bakkenivå, i den delen heter stratosfæren. Ozonlaget hindrer UV- stålingen til jordoverflaten. Drivhusgassene hindrer varmestråling i å slippe ut fra jorda.
Er det hull ozonlaget
Ozonlaget består av ozonmolekyler som er bygd opp av 3 oksygenatomer, O3. ozon både dannes og spaltes ved hjelp av sollys.
Ozon dannes: 3O2 →(UV- stråling) →2O3
Ozon spaltes: 2O3 →(UV- stråling) → 3O2
Det er balansen mellom dannelsen og nedbryting av ozon som er avgjørende for ozontykkelsen. KFK – gassene kan bryte ned ozonlaget. Det ble oppdaget hull over Arktis området.
Kaldt vær, sollys og KFK – gasser – en dårlig kombinasjon!
Det tar svært lang tid å kjemiske bryte ned KFK – gasser. Derfor kan de etter hvert kommer opp til stratosfæren. Her opp vil de kombinasjon med såkalte perlemorskyer og UV – stråling frigjøre kloratomer. Perlemorskyer oppstår utover vinteren nåe det har vært kald en god stund. Frie kloratomer reagerer lett med andre molekyler – de er veldig reaktive - slik at de er i stand til å spalte ozonmolekylene. Da får vi oksygengass istedenfor. Ozonhullet er ikke et permanent fenomen, de flytter sg hele tiden med det kalde området. De vil reparere seg når de kalde luftmassene blir oppløst.
Internasjonalsamarbeid nytter
Det ble satt i gang internasjonal samarbeid, motrealprotokollen til å stoppe utslipp av KFK gassene.
UV – indeks – hvor mye UV – stråling ved bakken?
UV- indeksen er et mål på hvor sterk UV strålingen er ned ved bakken. UV indeksen er knyttet til virkningen på hud. Dobbelt så høyt indeks gir halvparten så lang tid før huden blir solbrent.
Soling – sunt, farlig eller begge deler?
Tykkere hud og mer pigment beskytter mot UV stråling. Soling er positivt for folk som er aktivt i sola(Hele året, men Norge jobber folk innendørs), men for folk som er vinterbleik, kan UV indeksen går på 1 til indeksen på 10.
Helseeffekter ved soling
UV – fotoner har så stor energi at de kan skade arvestoffet i hud cellene. For mye soling kan føre til hudkreft. UVA spiller en viktig rolle. På fjellet, der UV strålingen fra sola er ekstra sterk, kan vi også skade øynene våre dersom vi ikke passer på. UV strålingen kan også svekke immunforsvaret, og enkelt virus kan bli aktivert av UV stråling. En positivt helse effekten ved soling er at UV strålingen stimulerer produksjonen av D- vitaminer i huden. UV stråling, UVC, kan få sår til å gro raskere. Dessuten gir soling en følelse av velvære.
Commentaires