Stutt svör

21.1 Planck og skammtaeðli ljóss

Spurning 1. Lýstu lögun ferils svarthlutgeislunar ef allar tíðnir ljóss væru sendar út með jöfnum líkindum.

1. Ferillinn myndi líta út eins og Gauss-líkindadreifing með stórum toppi í miðjunni.
2. Ferillinn myndi líta út eins og lóðrétt lína.
3. Ferillinn myndi líta út eins og lárétt lína.
4. Ferillinn myndi líta út eins og ská lína þar sem styrkur og tíðni tengjast í hlutfallinu 1:1.

Spurning 2. Þar sem fleiri stigbreytingar eru mögulegar í hátíðnigeislun en í lágtíðnigeislun töldu vísindamenn líka mögulegt að ferill sem nefndist útfjólubláa hamförin kæmi fram. Útskýrðu hvernig ferill svarthlutgeislunar liti út ef þetta væri raunin.

1. Ferillinn myndi sýna stöðuga aukningu í styrk með aukinni tíðni.
2. Ferillinn myndi sýna stöðuga minnkun í styrk með aukinni tíðni.
3. Ferillinn væri mun brattari en ferill svarthlutgeislunar.
4. Ferillinn væri mun flatari en ferill svarthlutgeislunar.

Spurning 3. Orka frá ljósi kemur fyrir í eftirfarandi stærðum: 150 J, 225 J og 300 J. Skilgreindu einn mögulegan orkuskammt og nefndu orkuástand sem getur ekki verið til með þessum skammti.

1. 65 J; 450 J getur ekki verið til
2. 70 J; 450 J getur ekki verið til
3. 75 J; 375 J getur ekki verið til
4. 75 J; 100 J getur ekki verið til

Spurning 4. Hvernig varð verk Plancks talið marka mikilvæg skil milli sígildrar og nútímalegrar eðlisfræði?

1. Plancksfasti er minni en allir fastar sem áður höfðu fundist.
2. Planck setti fram tilgátu um að orka væri skömmtuð en ekki samfelld.
3. Kenningar Plancks þýddu að sígild eðlisfræði væri ekki lengur gagnleg fyrir nein kerfi.
4. Planck uppgötvaði geislunarróf svarthlutar.

Spurning 5. Hversu margar 500 mm örbylgjuljóseindir þarf til að veita 8 kJ af orku sem þarf til að hita vatnsbolla um 10 °C?

1. 8,05 × 10²⁸ ljóseindir
2. 8,05 × 10²⁶ ljóseindir
3. 2,01 × 10²⁶ ljóseindir
4. 2,01 × 10²⁸ ljóseindir

Spurning 6. Hver er nýtni 100 W, 550 nm ljósaperu ef ljósmælir mælir að 1 × 10²⁰ ljóseindir séu sendar út á hverri sekúndu?

1. 101 prósent
2. 72 prósent
3. 18 prósent
4. 36 prósent

Spurning 7. Hvaða tegund rafsegulgeislunar myndi skila flestum ljóseindum á tímaeiningu frá fjarlægri vetrarbraut til athuganda á jörðinni?

1. Gammageislar.
2. Útvarpsbylgjur.
3. Útfjólublátt ljós.
4. Röntgengeislar.

Spurning 8. Hvers vegna komast ljóseindir gammageisla og röntgengeisla betur í gegnum hluti en útfjólublá geislun?

1. Ljóseindir gammageisla og röntgengeisla bera með sér minni orku.
2. Ljóseindir gammageisla og röntgengeisla hafa lengri bylgjulengdir.
3. Ljóseindir gammageisla og röntgengeisla hafa lægri tíðni.
4. Ljóseindir gammageisla og röntgengeisla bera með sér meiri orku.

21.2 Einstein og ljósröfun

Spurning 9. Samkvæmt bylgjukenningunni, hvað þarf til að losa rafeindir frá yfirborði?

1. Næga orku til að yfirvinna bindiorku rafeindanna við yfirborðið.
2. Tíðni sem er hærri en tíðni rafeindanna við yfirborðið.
3. Orku sem er lægri en bindiorka rafeindanna við yfirborðið.
4. Mjög lítinn fjölda ljóseinda.

Spurning 10. Hver er bylgjulengd rafsegulgeislunar sem losar 2,00 eV rafeindir frá kalsíummálmi, ef bindiorkan er 2,71 eV?

1. 16,1 × 10⁵ m
2. 6,21 × 10⁻⁵ m
3. 9,94 × 10⁻²⁶ m
4. 2,63 × 10⁻⁷ m

Spurning 11. Finndu bylgjulengd ljóseinda sem losa 0,100 eV rafeindir frá kalíum, ef bindiorkan er 2,24 eV.

1. 6,22 × 10⁻⁷ m
2. 5,92 × 10⁻⁵ m
3. 1,24 × 10⁻⁵ m
4. 5,31 × 10⁻⁷ m

Spurning 12. Mjög skilvirk sólarsella er hönnuð með orkubilið 1,4 eV. Ef ljós á selluna veldur straumflæði og hitastig sellunnar hækkar lítillega, hvað má segja um bylgjulengd ljóssins?

1. Bylgjulengd ljóssins var um það bil 837 nm.
2. Bylgjulengd ljóssins var um það bil 886 nm.
3. Bylgjulengd ljóssins var um það bil 908 nm.
4. Bylgjulengd ljóssins var um það bil 950 nm.

Spurning 13. Hvernig virka sólarsellur?

1. Sólarsellur nýta ljósröfun til að geyma stöðuorku sem varma.
2. Sólarsellur nýta ljósröfun til að breyta varmaorku í raforku.
3. Sólarsellur nýta ljósröfun til að framleiða raforku úr innkomandi geislun.
4. Sólarsellur nýta ljósröfun til að búa til ljós úr innkomandi varmaorku.

21.3 Tvíeðli ljóss

Spurning 14. Spáðu fyrir um áhrif áreksturs við rafeind á bylgjulengd ljóseindar.

1. Bylgjulengd ljóseindarinnar verður núll.
2. Bylgjulengd ljóseindarinnar minnkar.
3. Bylgjulengd ljóseindarinnar eykst.
4. Bylgjulengd ljóseindarinnar snýst við.

Spurning 15. Berðu saman skriðþunga róteindar og rafeindar með sömu orku og útskýrðu muninn.

1. Skriðþunginn er sá sami vegna þess að þær hafa sömu orku.
2. Rafeindin hefur meiri skriðþunga en ljóseindin; skriðþungi ljóseindar stafar af Plancksfastanum, sem er mörgum stærðargráðum minni en massi rafeindar.
3. Ljóseindin hefur meiri skriðþunga en rafeindin; skriðþungi ljóseindar stafar af ljóshraðanum, sem er mun meiri en hraði rafeindar.
4. Ljóseindin hlýtur að hafa núllskriðþunga vegna þess að hvíldarmassi hennar er núll.

Spurning 16. 500 nm ljóseind rekst á rafeind og tapar 20 prósentum af orku sinni. Hver er nýr skriðþungi ljóseindarinnar?

1. 4,24 × 10⁻²⁷ kg·m/s
2. 3,18 × 10⁻²⁷ kg·m/s
3. 2,12 × 10⁻²⁷ kg·m/s
4. 1,06 × 10⁻²⁷ kg·m/s

Spurning 17. 500 nm ljóseind rekst á rafeind og tapar 20 prósentum af orku sinni. Hver er hraði rafeindarinnar sem hrekkur til baka?

1. 7,18 × 10⁵ m/s
2. 6,18 × 10⁵ m/s
3. 5,18 × 10⁵ m/s
4. 4,18 × 10⁵ m/s

Spurning 18. Þegar ljóseind rekst á sólsegl, hver er stefna atlagsins á ljóseindina?

1. Samsíða seglinu.
2. Hornrétt á seglið.
3. Snertilsstefna við seglið.
4. Gagnstæð stefnu seglsins.

Spurning 19. Hver er grundvallarmunur á sólseglum og seglum sem notuð eru á seglbátum?

1. Sólsegl byggja á óskipulögðum árekstrum ljósagna, en seglbátar byggja á óskipulögðum árekstrum loftagna.
2. Sólsegl byggja á óskipulögðum árekstrum loftagna, en seglbátar byggja á óskipulögðum árekstrum ljósagna.
3. Sólsegl byggja á skipulögðum árekstrum loftagna, en seglbátar byggja á skipulögðum árekstrum ljósagna.
4. Sólsegl byggja á skipulögðum árekstrum ljósagna, en seglbátar byggja á skipulögðum árekstrum loftagna.

Spurning 20. Bylgjulengd agnar kallast de Broglie-bylgjulengd og hana má finna með jöfnunni p = h/λ. Já eða nei: Getur bylgjulengd rafeindar verið sú sama og bylgjulengd róteindar?

1. Já, hægfara rafeind getur náð sama skriðþunga og hægfara róteind.
2. Nei, hraðfara rafeind getur ekki náð sama skriðþunga, og þar með sömu bylgjulengd, og róteind.
3. Nei, rafeind getur náð sama skriðþunga og þar með ekki sömu bylgjulengd og róteind.
4. Já, hraðfara rafeind getur náð sama skriðþunga og þar með haft sömu bylgjulengd og hægfara róteind.

Spurning 21. Hvers vegna sjáum við ekki bylgjueðli hlutar eins og keilukúlu sem rúllar hratt?

1. Bylgjulengdin er sú sama og þvermál kúlunnar, þannig að þau eru óaðgreinanleg.
2. Bylgjulengdin er meiri en þvermál kúlunnar og því er erfitt að greina bylgjuna.
3. Bylgjulengdin er miklu styttri en þvermál kúlunnar og því er erfitt að greina bylgjuna.
4. Kúlan rúllar ekki nógu hratt til að hafa bylgjueiginleika.