11.09.2018

FYSA2001 Moderni fysiikka, A-osa (6 op)

Yleisiä ohjeita

Kurssin laboratoriotöihin kuuluu 3 työtä. Tarjolla on kaksi vaihtoehtoa: tehdään joko 3 lapputyötä tai 2 lapputyötä ja arvosteltava työ. Arvosteltavasta työstä saadut pisteet (3 - 6 p) ovat bonuspisteitä tässä kurssissa. 

Kaikista tarjolla olevista töistä on lapputyöversiot. Lapputyöt voi tehdä parityönä tai yksinään. Töissä Valosähköinen ilmiö ja Franckin ja Hertzin koe mittauskaavake palautetaan liitteineen  tarkastettavaksi (mittausten tekeminen ja analyysi vie todennäköisesti yli 4 tuntia).

Työt Valosähköinen ilmiö ja Franckin ja Hertzin koe voi tehdä myös arvosteltavana työnä. Arvosteltava työ tehdään itsenäisesti (myös mittaus !). Lapputyökaavaketta voi käyttää mittauspöytäkirjana. Selostus on palautettava tarkastettavaksi 4 viikon sisällä mittauksesta (myöhemmin palautetut katsotaan vanhentuneiksi).

Modernin fysiikan kurssista alkaen työselostusten virhearvioissa käytetään kurssilla "FYSA1110 Fysiikan kokeelliset menetelmät" opittua yleistä virheen etenemislakia. Jos joltakulta on virheen etenemislaki jo unohtunut, hän löytää halutessaan esityksen virheen etenemislaista ainakin seuraavista lähteistä:
- J. Taylor, An introduction to error analysis, ch. 3.5 - 3.7
- FYSA1110-moniste. Monisteen ja myös kirjan (lainaksi) saa huoneesta FL312.

Työselostusta valmistellessa on hyvä palautella mieleen selostuksen kirjoitusohjeet ja arvosteluperusteet työosaston verkkosivulta.

Tämän, kuten muidenkin kurssien, laboratoriotyöt on tarkoitettu tehtäviksi kurssin aikana tai pian sen jälkeen. Laboratoriotöiden jättäminen myöhempään ajankohtaan yleensä lisää työmäärää!

Huom! Lapputyö K2 on tehtävissä vain kurssin aikana ja pari kuukautta sen jälkeen.  Tässä työssä käytettävä Ge-Ilmaisin haukkaa 25 l nestetyppeä viikossa, eikä sitä kannata pitää jatkuvasti käyttövalmiina.

Tarjolla olevat työt:

  • FYSA2001/K1 Germaniumin energia-aukko 
  • FYSA2001/K2 Röntgenfluoresenssi 
  • FYSA2001/K3 (FYSA2001/1) Valosähköinen ilmiö
  • FYSA2001/K4 (FYSA2001/2) Franckin ja Hertzin koe

 


 

FYSA2001/K1 Germaniumin energia-aukko

Työssä tutustutaan puolijohteen johtavuuteen ja sen riippuvuuteen lämpötilasta. Kvantitatiivisena suureena määritetään germaniumin energia-aukko.

Työohje (pdf)

FYSA2001/K2 Röntgenfluoresenssi

Työssä tutustutaan röntgensäteilyn yleisiin ominaisuuksiin ja eri alkuaineiden tunnistamiseen karakteristisen röntgensäteilyn avulla. Röntgensäteilyn tyypillinen energia-alue on 1 keV - 100 keV. Vastaavasti aallonpituusalue on 0,01 - 1 nm. Sähkömagneettisen säteilyn luokittelu tehdään usein sen syntymekanismin mukaan. Tunnetusti infrapunasäteily liittyy molekyylien vibraatioon, näkyvä valo on peräisin atomien uloimpien elektronikuorien välillä tapahtuvista elektronisista siirtymistä, gammasäteily liittyy ydinten viritystilojen purkautumiseen jne. Tällä tavalla jaoteltuna röntgensäteily voidaan määritellä sähkömagneettiseksi säteilyksi, jota syntyy atomien sisimmillä kuorilla tapahtuvien elektronisten siirtymien yhteydessä. Mittauksessa käytetään Ge-ilmaisinta ja Grain-tietokoneohjelmaa.

Työohje ja  työpaikkaohje

FYSA2001/K3 (FYSA2001/1) Valosähköinen ilmiö

Työssä määritetään valosähköisen ilmiön avulla Planckin vakion ja elektronin varauksen suhde h/e. Valolähteenä käytettävän kaasunpurkausputken spektristä erotetaan eri aallonpituudet hilamonokromaattorin avulla. Kunkin aallonpituuden omaavan valon valokennon katodilta irrottamien elektronien maksimienergia mitataan pysäytysjännitteen avulla. Saadut pysäytysjännitteet esitetään taajuuden funktiona, jolloin vastaavan suoran kulmakerroin antaa suhteen h/e. 

Asiaa on käsitelty seuraavissa kirjallisissa lähteissä:

  • Randall D. Knight, Physics for Scientists and Engineers, luku 39.1.
  • Young & Feedman, University Physics, luku 38.2.
  • Ohanian, Physics, second edition, luku 42.
  • Alonso - Finn,Vol. 3, sivut 11 - 14.

Työohje (pdf)

FYSA2001/K4 (FYSA2001/2) Franckin ja Hertzin koe

Työssä mitataan Hg-atomin yhden viritystilan energia käyttäen samantyyppistä koejärjestelyä jolla James Franck (1882-1964) ja Gustav Ludwig Hertz (1887-1975) v. 1914 ensimmäisinä osoittivat atomin kokonaisenergian kvantittumisen. Kokeen tulosten tulkinta on edelleen jossain määrin kiistanalainen. Työhön liittyvää materiaalia löytyy erittäin runsaasti internetistä. Asiaa on käsitelty myös seuraavissa kirjallisissa lähteissä:

  • Alonso-Finn: Fundamental University Physics III, Tenth Printing 1979: Quantum and Statistical Physics, s. 26-28.
  • Richards, Sears, Wehr, Zemansky: Modern University Physics, s.745-749.

Työohje (pdf)

Paluu työosaston pääsivulle, josta löytyy linkki varausjärjestelmään