16.03.2018

FYSP106 FYSIIKKA VI (Moderni fysiikka) (5 op)

Yleisiä ohjeita

Kurssin laboratoriotöihin kuuluu 3 työtä, yksi arvosteltava työ (Valosähköinen ilmiö tai Franckin ja Hertzin koe) ja 2 lapputyötä. Arvosteltava työ tehdään itsenäisesti (myös mittaus !). Lapputyöt voi tehdä parityönä tai yksinään. Lapputyöt K2 ja K4 tehdään samalla laitteistolla, joten yhdellä työvuorolla voi tehdä vain toisen näistä töistä. Näiden töiden työpaikkaohjeessa kerrotaan mm. mittausdatan käsittelystä.

Modernin fysiikan kurssissa työselostusten virhearvioissa saa käyttää joko yksikertaista maksimi-minimi -virhearviota tai kurssilla "FYSP110 Fysiikan kokeelliset menetelmät" opittua yleistä virheen etenemislakia.

Ne opiskelijat, jotka eivät ole osallistuneet FYSP110-kurssille, löytävät halutessaan esityksen virheen etenemislaista ainakin seuraavista lähteistä:
- J. Taylor, An introduction to error analysis, ch. 3.5 - 3.7
- FYSP110 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! Lapputyöt K2 ja K4 ovat tehtävissä vain kurssin aikana ja pari kuukautta sen jälkeen.  Näissä töissä käytettävä Ge-Ilmaisin haukkaa 25 l nestetyppeä viikossa, eikä sitä kannata pitää jatkuvasti käyttövalmiina.

Arvosteltavat työt:

  • FYSP106/1 Valosähköinen ilmiö
  • FYSP106/2 Franckin ja Hertzin koe

Lapputyöt:

  • FYSP106/K1 Germaniumin energia-aukko 
  • FYSP106/K2 Röntgenfluoresenssi 
  • FYSP106/K3 Geigerin ja Müllerin putki
  • FYSP106/K4 Viritystilan elinaika 

 

Paluu oppilaslaboratorion pääsivulle, josta löytyy linkki varausjärjestelmään (Katso pääsivulta myös mahdolliset varauksia koskevat rajoitukset)


FYSP106/1 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)

FYSP106/2 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)

FYSP106/K1 Germaniumin energia-aukko

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

Työohje (pdf)

FYSP106/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

FYSP106/K3 Geigerin ja Müllerin putki

Työssä tutustutaan beetasäteilyn absorboitumiseen väliaineessa sekä säteilyn havaitsemiseen geigerputkella. Työn alkuosassa määritetään geigerputken kuollut aika. Toisessa osassa määritetään  beetasäteilyn kantama ja sen maksimienergia, sekä lopuksi beetalähteen aktiivisuus.

Työohje (pdf) ja työpaikkaohje

FYSP106/K4 Viritystilan elinaika

Työssä tutkitaan Ge-puolijohdeilmaisimen avulla 137Cs--137mBa isotooppiparin hajoamista.

Tutkittava isotooppi 137mBa saadaan eluoimalla isotooppigeneraattorista. Tehtävänä on määrittää sen isomeerisen tilan viritysenergia ja puoliintumisaika. Mittauksessa käytetään joko Ge-ilmaisinta ja Grain-tietokoneohjelmaa tai GM-putkea ja Capstonea. Varausjärjestelmässä nämä vaihtoehdot ovat koodeilla FYSP106/K4 ja FYSP106/K4a

Työohje ja työpaikkaohje (Ge), työpaikkaohje (GM-putki)

Paluu työosaston sivulle