Fasit til kapittel 9 (2017)

9.1 stråling består av fotoner eller partikler
9.1.1 En pendel som svinger, en metronom, vibrerende gitarstreng, Newtons vugge, bølger fra det elektromagnetiske spekteret.


9.1.2 Se figur side 267


9.1.3 Bølge = forplantning av en svingebevegelse (4)
Svingebevegelse = En regelmessig bevegelse av noe fram og tilbake eller opp og ned. (2)
Svingning = En enkelt bevegelse fram og tilbake eller opp og ned (5)
Bølgelengde = avstanden mellom to bølgetopper (6)
Frekvens = hyppigheten til svingningene, antall svingninger per sekund (1)
Hz = Måleenheten til frekvens (3)

9.1.4 Siden f = antall bølgetopper per sekund blir det 20 bølgetopper / 10 sekund = 2 Hz.


9.1.5 Når EM-stråling betraktes som fotoner snakker man om hvor energirik strålingen er. Siden fotoner er energipakkene som utgjør det elektromagnetiske spekteret, forteller forskjellige typer stråling oss hvor mye energi hver energipakke bærer.
Når EM-stråling betraktes som bølger snakker man om hvor tett pakket energien er, og hvor stor eller liten bølgelengde strålingen har. Ved kortere bølgelengde bærer strålingen mer energi, og har derfor mer energirike fotoner.


9.1.6 Kortbølget EM-stråling frakter mer energi fordi frekvensen øker når bølgelengden avtar.


9.1.7 a) De sju hovedtypene stråling i det elektromagnetiske spekteret er:
radiobølger, mikrobølger, infrarød stråling, synlig lys, ultrafiolett stråling, røntgenstråling, gammastråling. Vi deler disse inn etter bølgelengden til de forskjellige typene stråling, og hvor energirik de forskjellige typene er.

b) Sammenhengen mellom f og λ er f = c / λ, eller f ∙ λ = c. Produktet av frekvens og bølgelengde er alltid lysfarten c. Alle bølgelengder i det elektromagnetiske spekteret (og frekvenser) beveger seg med samme hastighet.


9.1.8 Man deler bølgelengdene i synlig lys inn i syv forskjellige farger (rød, oransje, gul, grønn, blå, indigo, fiolett) hvor rød er minst energirikt og fiolett er mest. Synlig lys ligger mellom 400nm - 800nm.


9.1.9 Mekaniske bølger skiller seg fra EM-bølger siden de må ha noe å bevege seg i. De transporteres ved fortetninger og fortynninger, det vil si at luft eller vann presses sammen og strekkes ut. EM-bølger kan derimot bevege seg i vakuum.

 

9.2 EM-stråling – eksitering av atomer
9.2.1 Atomet får tilført energi i form av enten varme eller som resultat av partikkel-, atom-, eller molekylkollisjon. Denne energitilføringen fører til at hydrogenatomets elektron blir sparket opp på et nytt energinivå. Dette gjør at atomets elektron som for øyeblikket er i sin grunntilstand absorberer energi og eksiteres.
Når elektronet eksiteres til et høyere energinivå hopper det fra et elektronskall til et annet. Dette utsetter atomet for ustabilitet, og elektronet hopper fort tilbake igjen til et lavere energinivå. Denne forandringen i energinivåer kalles et energisprang.
Energien som blir avgitt når elektronet går tilbake til grunntilstanden sin fører til at hydrogenatomet sender ut elektromagnetisk stråling i form av fotoner. Jo større sprang elektronet gjør ved eksiteringen, desto mer energirike fotoner sender det ut.


9.2.2 Energisprang i et hydrogenatom som utgir forskjellige typer stråling:
UV-stråling: E5 til E1 (sprang til E1 gir UV)
Synlig lys: E5 eller E4 til E2 (sprang til E2 gir synlig lys)
IR-stråling: E5 til E4 eller E3 (sprang til E3 og E4 gir IR)

 

9.2.3 Eksitasjonssprangene i forskjellige atomer skiller seg fra hverandre fordi forskjellige atomer har forskjellig antall elektroner. Jo flere elektroner et atom har, desto mer komplisert blir eksitasjonen. Det synlige lyset som kan sees som følge av eksitasjonsprosessen er karakteristisk for hvert enkelt grunnstoff.


9.2.4 Bremsestråling er et eksempel på at elektromagnetisk stråling kan oppstå på andre måter enn ved eksitering. Det dannes når elektrisk ladde partikler akselereres. Dette kan oppstå ved at hastighet eller retning til partikkelen endres på kort tid. 

https://snl.no/bremsestr%c3%a5ling


Synkrotronstråling er en form av bremsestråling. Det er elektromagnetisk stråling fra ladde partikler som beveger seg i en sirkulær bane rundt et sterkt magnetfelt. (et magnetfelt er et område som er påvirket av magnetiske krefter.) Strålingen dannes på grunn av partiklenes sentripetalakselerasjon (akselereringen mot et sentrum).

https://snl.no/synkrotronstr%C3%A5ling

 

9.3 Atmosfæren beskytter jorda
9.3.1 Atmosfæren beskytter oss mot energirik stråling og partikkelstråling, f. eks ozonlaget. Atmosfæren beskytter også ved at de fleste meteoroider fra verdensrommet brenner opp i atmosfæren. Naturlige gasser i atmosfæren (ikke menneskeskapte gasser) reflekterer en del av den langbølgede stråling (varmestråling) som beveger seg ut fra jorda og dette gjør at gjennomsnittstemperaturen på jorda øker med 33 ºC i forhold til hva den ellers hadde vært. Drivhusvirkningen som disse naturlige gassene gir kaller vi den naturlige drivhuseffekten. Atmosfæren inneholder også gasser som er helt avgjørende for prosesser som fotosyntese og celleånding. 

 

9.3.2 Jordas atmosfære holdes på plass av tyngdekraften. Atmosfæren består i hovedsak av nitrogen og oksygen, men også karbondioksid og vanndamp. Jorda har i gjennomsnitt relativ stabil temperatur, med ikke store svingninger ut ifra årstid og klokkeslett.
Mars er planeten etter jorda i planetrekkefølgen, og ligger i motsetning til jorda 1.5 AE fra solen (AE= astronomisk enhet, dvs omtrent 150 millioner kilometer. En astronomisk enhet er avstanden mellom jorden og sola.) Mars har en relativt tynn atmosfære, som består i hovedsak av karbondioksid. Dette gjør at atmosfæren ikke holder på eller beskytter planeten fra varme. Derfor varierer overflatetemperaturen fra +25 til -140ºC. Noen av hovedforskjellene mellom planetene er atmosfæren sin evne til å bevare varme, atmosfæretrykket som er 1/100 av jorden sitt på Mars og planetenes potensial for utvikling av liv.


9.3.3 De fire viktigste gassene i atmosfæren er nitrogen (N2), oksygengass (O2), karbondioksid (CO2) og vanndamp (H2O). Vanndamp og karbondioksid regnes som klimagasser og er viktige for den naturlige drivhuseffekten.

 

9.4 Drivhuseffekten – naturlig og menneskeskapt
9.4.1 Drivhuseffekten er den naturlige prosessen som gjør at jorda holder seg på en varm, stabil gjennomsnittstemperatur. Drivhusgassene slipper gjennom kortbølget stråling fra sola som varmer opp jordoverflaten. Mye av varmestrålingen fra jorda absorberes av gassene i atmosfæren som sender varmen tilbake. Uten drivhusgassene mister jorda evnen sin gode evne til å bevare varme.
ELLER: Sola har svært høy temperatur og den sender ut energirik stråling. Den mest kortbølgete og energirike strålingen absorberes i atmosfæren, mens resten overføres til jord, luft, vann og levende organismer. Alt dette sender ut langbølget stråling – varme – og en stor del av denne strålingen blir stoppet av gassene i atmosfæren. En del varmestråling reflekteres tilbake mot jorda og sørger for at gjennomsnittstemperaturen øker med 33 ºC på grunn av denne effekten. Gassene i atmosfæren fungerer derfor på samme måte som i et drivhus og denne oppvarmingseffekten kalles derfor drivhuseffekten.


9.4.2 a) Temperaturen i et drivhus blir høyere når det er solskinn siden mer stråling blir tilført og drivhuset blir varmere når varmestrålingen blir reflektert tilbake fra glassene i drivhuset.
b) Et drivhus har relativt stabil temperatur siden det holder på varmen det tidligere har absorbert.


9.4.3 Figuren viser hvordan drivhuseffekten er med på å varme opp jorda. Se forklaring på side 276.


9.4.4 a) Klimagasser er gasser i atmosfæren som bidrar til drivhuseffekten ved å absorbere/reflektere langbølget varmestråling. Jo mer klimagasser, desto sterkere blir drivhuseffekten. De viktigste klimagassene er karbondioksid, vanndamp, metan og lystgass.
b) Klimagassene bremser varmen fra å gå ut i verdensrommet igjen siden de absorberer stråling med bestemte bølgelengder. Forskjellige stoffer absorberer forskjellig.


9.4.5 a) Mesteparten av den naturlige drivhuseffekten skyldes vanndamp, men vanndamp er ikke den sterkeste drivhusgassen. Styrken til en drivhusgass regnes i forhold til CO2. Ut fra denne relative skalaen er lystgass, og metan betydelig kraftigere klimagasser enn karbondioksid, men på grunn av små mengder blir ikke effekten stor. Menneskeskapte gasse som KFK-gasse er sterke klimagasser. Se

https://snl.no/globale_oppvarmingspotensialer

for mer informasjon.


b) Fra

https://snl.no/drivhuseffekten

"Vanndamp har størst drivhuseffekt, men den har kort levetid i atmosfæren fordi den omdannes til skyer og regner ut, noe som gjør at mengden varierer betydelig fra sted til sted. Konsentrasjonen av vanndamp i jordens atmosfære påvirkes ikke direkte av menneskene."


9.4.6 Kull består stort sett av rent karbon mens naturgass består av hydrokarboner. Når kull brenner dannes bare CO2, mens hydrokarboner gir både CO2 og H2O.


9.4.7 a) Naturlig drivhuseffekt forekommer naturlig, mens menneskeskapt drivhuseffekt er ekstra utslipp i atmosfæren fra industri mennesker styrer. Dette øker mengden klimagasser i atmosfæren mer enn det som ville skjedd naturlig.
b) Hovedkildene til de menneskeskapte klimautslippene er fossilt brensel som energikilde og den teknologiske utviklingen som krever mer og mer energi.


9.4.8 Noen hovedpunkt økt global oppvarming fører til er utrydning av forskjellige arter, at innlandsisen smelter, oversvømmelse, Golfstrømmen endrer retning og et ubalansert globalt økosystem. Global oppvarming vil kunne gi mer ekstremvær: sterkere stormer og mer intens tørke. Du kan lese her for mer informasjon:

http://www.miljostatus.no/tema/klima/konsekvenser-av-klimaendringer/

 

9.5 Ultrafiolett stråling og ozonlag
9.5.1 a) Ultrafiolett stråling (UV-stråling) er elektromagnetisk stråling med bølgelengde 200−400 nm. UV-stråling har lavere bølgelengde enn synlig lys.
b) UV-A, B og C har alle forskjellig bølgelengde, A med lengst bølger og C med kortest. UV-C er mest energirik, UV-A trenger lengst inn i huden.
c) UV-A og UV-B når helt ned til jordoverflaten.
d) Ozon stopper UV-C fra å nå jordoverflaten.


9.5.2 a) Både UV-A og UV-B kan trenge inn i huden. UV-A gjør at huden eldes raskere, fordi det gjør slik at det blir en endring i de elastiske fibrene i huden. UV-B er mer energirik enn UV-A, og kan gjøre oss solbrent.
b) Man kan beskytte seg fra UV-stråling ved å bruke solkrem eller klær og ved å unngå å være i direkte sollys midt på dagen.


9.5.3 a) Soling danner D-vitamin som hjelper med opptak av kalsium i tarmen, gir velvære og gir huden farge.
b) Soling kan på kort sikt gjøre en solbrent og gi øyeskader, men kan på lang sikt gi hudkreft, aldre huden og svekke immunforsvaret.


9.5.4 a) O3.
b) Det er størst konsentrasjon av ozon mellom 10 og 30 km over bakken, og det er svært lite ozon lavere og høyere i atmosfæren.
c) Ozonlaget er delen av stratosfæren (10 - 30 km over bakken) hvor det er størst konsentrasjon av ozon.


9.5.5 Ozonlaget stopper deler av UV-strålingen å nå jordoverflaten ved at strålingen treffer ozonmolekylene, noe som gjør at de tar opp energien og splitter seg til ett oksygenatom (O) og ett oksygenmolekyl (O2). Se side 280 for kjemiske reaksjoner.


9.5.6 ”Hull i ozonlaget” var et uttrykk som ble brukt om reduksjonen av ozon i atmosfæren. Konsentrasjonen av ozon ble spesielt lav i polområdene og områder lenger vekke, og mer UV-stråling ble sluppet inn til jordoverflaten. Utslipp av KFK-gasser som ødelegger ozon var med på å forsterke effekten.


9.5.7
O2 + UV-stråling → O + O
O + O2  O3 + energi
O3 + UV-stråling  O2 + O


9.5.8 a) KFK-gasser (https://snl.no/klorfluorkarboner ) og haloner (tidligere brukt til brannslukning, se  https://snl.no/halon ) er to av stoffgruppene som bryter ned ozon.
b) Klor fra KFK-gasser kan bryte ned ozon:
Cl + O3 → ClO + O2
ClO + O3 → Cl +2O2
c) For status til ozonlaget se her:

https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/

eller her:

http://www.miljostatus.no/ozonlaget

 

9.6 Nordlys – Aurora Borealis
9.6.1 a) Kristian Birkeland undersøkte nordlys ved hjelp av et ”kunstig verdensrom”, et glasskammer uten luft. I midten av ”verdensrommet” plasserte han en jord som hadde en elektromagnet rundt seg. Rundt kula var det fluorescerende stoffer som lyste ved kontakt av stråling.
Kristian Birkeland mente at sola sender ut ladde partikler som når fram til jordas atmosfære og forårsaker elektromagnetisk stråling. Denne strålingen kan man se som nordlys.
b) Birkeland-Eyde metoden går ut på at O2 og N2 i lufta reagerer ved hjelp av en elektrisk lysbue. Den gir så høy temperatur at oksygenet og nitrogenet reagerer og danner nitrogenoksider. Se her:

https://snl.no/Birkeland-Eydes_metode

eller her:

https://www.viten.no/biografi/vis.html?tid=452480

for mer informasjon.


9.6.2 a) solvind – ladde partikler/ plasma som strømmer ut fra sola i enorm hastighet. Solvinder kan skape nordlys ved at solvinden treffer atmosfæren. Gassmolekylene O2 og N2 spaltes og danner frie atomer. Energien fra solvinden eksiterer atomene, og dette kan gi nordlys.
b) Ja, dette kalles aurora australis

https://snl.no/aurora_australis 


9.6.3 a) Magnetfelt er kraftfeltet rundt en magnet eller en magnetisert gjenstand.
b) Solvind (utblåsning fra sola som består av protoner og elektroner) treffer jordas magnetfelt. Magnetismen drar elektronene og protonene til jordens poler, noe som skaper forstyrrelser i partiklene. Dette danner en partikkelstorm, og jordas magnetfelt gjør at det treffer jordas atmosfære ved polene. Partiklene kolliderer med nitrogen- og oksygengass i atmosfæren. Dette frigjør energi i form av EM-stråling som synlig lys (nordlys). Se for øvrig side 284.


9.6.4 Nordlyset lager forskjellige farger ut ifra hvilke atomer som eksiteres.


9.6.5 a) solflekker – kjøligere områder på sola, som et resultat av solas magnetiske aktivitet.
Sykluser på sola – magnetiske eksplosjoner på sola som opptrer særlig under et solflekkmaksimum. En syklus varer i omtrent 11 år, derfor kalles det 11-årssyklusen.
b) solflekker oppstår som et resultat av intens magnetisk aktivitet som gir hemminger i solens konveksjonsevne

https://snl.no/konveksjon_-_fysikk

i et bestemt område av solens overflate.

c) Solflekker oppstår i forkanten av solstormer, og er utgangsområdet til disse stormene.

https://snl.no/solstorm

 

9.7 Tolking av stråling fra verdensrommet
9.7.1 a) Fusjon, (sammensmelting av lette atomer til tyngre atomer) er grunnlaget for frigjøring av energi i sola og i stjerner.
b) Sola har frigitt energi i 5 milliarder år, og den vil frigi energi i 5 milliarder nye år.


9.7.2 a) Et linjespekter er et spekter som viser forskjellige farger ut ifra hvilket atom man ser på. Fargene skyldes eksitering (se delkapittel 9.2)
b) Hydrogen: fiolett, indigo, grønt/ turkis, rød.
Helium: blått, grønt, gult, rødt, mørkerødt

9.7.3 a) Et linjespekter oppstår når man utsetter et visst atom for energi og elektronene eksiteres.
b) Ja, se her:

https://snl.no/linjespektrum
c) Et linjespekter kan fortelle oss hvilke stoffer et himmellegeme består av, og hvor mye det er av de forskjellige stoffene.


9.7.4 a) Man kan bestemme størrelsen til en stjerne ved å se på hvor sterkt en stjerne lyser (i henhold til hvilken type stjerne det er), eller å se på hvilken type stråling stjernen sender ut.
b) Man kan bestemme avstander i universet ved å se på hva slags stråling legemet sender ut.


9.7.5 Dopplereffekten er endring i frekvens og bølgelengde ut ifra hvilken retning bølgens kilde beveger seg. Dopplereffekten forteller oss hvordan kilden beveger seg, f. eks om en stjerne beveger seg fra oss eller mot oss. Dersom den beveger seg mot oss, blir lyset blåforskjøvet, dersom den beveger seg fra oss blir lyset rødforskjøvet.


9.7.6 a) Akkurat som lys har forskjellig farge ut ifra hvor energirikt det er, får varmere og mer energirike stjerner en blålig farge, mens kaldere stjerner og mindre energirike stjerner en rødlig farge.
b) Når strålingen er mer energirik, dvs. strålingstettheten er større, vil fargen være mer og mer blålig. Desto større strålingstetthet desto mer energi.
c) Førsteaksen viser bølgelengden til lyset som blir sendt ut av himmellegemet. Andreaksen forteller hvor energirik stråling stjernen sender ut (strålingstettheten).

d) Verdien for bølgelengden til toppunktet kan brukes til å beregne temperaturen til en stjerne. 

 

9.7.7 Figuren prøver å illustrere at galakser roterer. Det som er blåforskjøvet beveger seg mot oss: frekvens blir høyere og bølgelengden kortere. Når et himmellegeme beveger seg fra oss blir lyset rødforskjøvet siden frekvensen er lavere og det er mer plass for bølgene å bevege seg.



9.7.8 a) Fra

https://snl.no/big_bang

"Big bang, som på norsk kalles det store smellet, er en form for eksplosjon der vårt univers oppsto for 13,8 milliarder år siden. Ordet «eksplosjon» har en helt spesiell betydning i denne sammenhengen. Det er snakk om en rask ekspansjon som skjedde overalt i hele rommet. Tid, rom og materie oppsto i big bang-hendelsen, og rommet har siden utvidet seg."
b) Faktumet at universet utvider seg og at temperaturen i universet synker støtter Big Bang-teorien.