Exam text content

FYS-1170 Fysiikka S III TTY/Fysiikan laitos
2. välikoe ja tentti 16.5.2014

e Ympyröidyt kysymykset (1-5) kuuluvat 2. välikokeeseen.
e Neliöidyt kysymykset (3-7) kuuluvat tenttiin.
e Välikokeessa saa käyttää laskinta, mutta se ei saa olla ohjelmoitava!
Jos et ole varma laskimestasi, kysy valvojalta ennen kuin aloitat tentin.
e Kääntöpuolella kaavoja ja vakioita.
€ Jos olet suorittanut laskuharjoitukset aiemmin (<2014), merkitse suoritusvuosi nimesi viereen.

O a) Selvitä, miten karakteristista Ky-röntgensäteilyä syntyy atomeissa, joihin ammutaan suurie-
nergisia elektroneja? b) Erään K,-röntgensäteilyn fotonin energiaksi on mitattu 7.46 keV. Mikä on
sen alkuaineen järjestysluku, jonka atomi emittoi kyseisen fotonin?

O Vetyatomi on 3p tilassa ja homogeenisessa magneettikentässä. Tarkastellaan atomin orbitaaliliik-
keen aiheuttaman magneettisen dipolin vuorovaikutusta magneettikentän kanssa (vain rataliikkeen,
spiniä ei huomioida). a) Kuinka suuri magneettikenttä vaaditaan 3p tilan halkaisemiseksi useak-
si tilaksi, joiden välinen energiaero on 2.71-10 5 eV vierekkäisten tilojen välillä? b) Kuinka monta
erilaista energiatilaa 3p:stä tällöin syntyy ja mitkä ovat tiloja kuvaavat kvanttiluvut?

 

 

 

6) Oheisessa kuvassa on vyökaavio, jossa on kuvat- E
tuna tietyn materiaalin valenssi- ja johtavuusvyöt. 2.86V
Energiat -2.5 eV, -1.2 eV, 1.2-eV ja 2.8 eV kuvaavat
vöiden ala- ja yläreunoja, kun energian nollataso on

 

 

 

 

 

12eV
valittu Fermi-energialle.
a) Mikä on pienin valon aallonpituus, minkä materi- Epoo --o000000000000
aali voi absorboida transitiossa näiden vöiden välillä?
b) Laske johtavuusvyön pohjalla olevien tilojen mie- dt i i
hitystodennäköisyys lämpötilassa 293 K. Kuinka hy- 95cV Äteti |
vin arvioisit tämän materiaalin johtavan sähköä huo-
neenlämpötilassa? Perustele!
O) Ydinreaktorin fissioiden tuotteena syntyy 149Ba ytimiä, jotka 8 —-hajoavat 10 a ytimiksi.

a) Laske yhdessä hajoamisessa vapautuva energia.

b) 369Ba:n puoliintumisaika on 12.75 vuorokautta. Jos reaktorin fissioreaktioiden loppuessa reakto-
rissa on 5.0 kg 189Ba:tä, mikä on reaktorin aktiivisuus Ba:n johdosta?

c) Mikä on Ba-aktiivisuus 365 päivän kuluttua?

Atomien massat: M(149Ba)=139.910605 u, M(119La)=139.909478 u.

O a) Erään pn-liitoksen kyllästysvirta on 0.500 mA lämpötilassa 290 K. Laske liitoksen virta (i)
myötäjännitteillä 1.00 mV ja 50.0 mV ja (ii) vastajännitteillä -1.00 mV ja -50.0 mV.

b) Selitä lyhyesti rekombinaatio- ja generaatiovirtojen (eli diffuusio- ja drift-virtojen) avulla, miksi
pn-liitos johtaa sähkövirtaa hyvin vain toiseen suuntaan.

S] Levossa olevan kappaleen massa on 9600 MeV/c?. Se hajoaa kahdeksi kappaleeksi, joista en-
simmäisen massa on 3700 MeV/c? ja kineettinen energia 300 MeV. Laske toisen kappaleen massa,
kokonaisenergia ja liikemäärä.

7 a) Väriainelaserin orgaanisessa väriainemolekyylissä elektroni pääsee liikkumaan kuten yksiulot-
eisessa potentiaalilaatikossa, jonka pituus on 4.18 nm. Mikä on emittoituvan valon aallonpituus,
un elektroni siirtyy ensimmäiseltä viritetyltä tilalta perustilalle? b) Voiko tämä emittoituva fotoni
aiheuttaa fotoelektronin emission hopeapinnalta? Hopean työfunktio on 4.3 eV. Perustele vastauk-
sesi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Käännä!