Øvelsesvejledninger til laboratoriekursus - VUC Aarhus
Øvelsesvejledninger til laboratoriekursus - VUC Aarhus
Øvelsesvejledninger til laboratoriekursus - VUC Aarhus
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>VUC</strong> AARHUS<br />
<strong>Øvelsesvejledninger</strong> <strong>til</strong><br />
<strong>laboratoriekursus</strong><br />
Fysik C – 2013
Indhold<br />
1. Mekanisk energi og Atwoods faldmaskine ...................................................................................... 3<br />
2. Den svingende streng ....................................................................................................................... 6<br />
3. Bølgelængde af laserlys ................................................................................................................... 9<br />
4. Brydningsindeks for acryl .............................................................................................................. 11<br />
5. Bestemmelse af specifik varmekapacitet (varmefylde) for faste stoffer. ....................................... 13<br />
6. Brændværdi for stearin................................................................................................................... 15<br />
7. Gitterspektrometeret....................................................................................................................... 17<br />
8. Halveringstid for 234 Pa * .................................................................................................................. 20<br />
2
1. Mekanisk energi og Atwoods faldmaskine<br />
Formålet med øvelsen er at undersøge om der er mekanisk energibevarelse, når man lader et tungt<br />
lod trække et lettere lod via en trisse. Ved mekanisk energi forstår man kinetiske energier og<br />
potentielle energier af ”et system” lagt sammen. I dette <strong>til</strong>fælde er der altså to kinetiske energier og<br />
to potentielle energier, og spørgsmålet er om den samlede energi ændrer sig under en ”kørsel”.<br />
3<br />
Definitioner: Ekin=½∙m∙v 2<br />
Epot=m∙g∙h hvor g= 9,82 m/s 2<br />
Emek=Ekin+Epot<br />
Af formlerne kan man se, at vi skal måle:<br />
1) Hastighederne af de to lodder <strong>til</strong> forskellige tidspunkter under en kørsel.<br />
2) Højden af de to lodder over et valgt nulniveau (f.eks. gulvniveau) <strong>til</strong> de samme tidspunkter.<br />
3) Vægten af de to lodder (i kg).<br />
Til hjælp har vi LabQuest, Photogate med Pulley, snor og lodder.<br />
Udførelse<br />
1. Pulley med Vernier Photogate fastspændes <strong>til</strong> et stativ.<br />
Kablet fra "Vernier Photogate" sættes i den digitale port i LabQuest.
4<br />
2. Tryk på ’Timing’ og vælg Pulley (10 spoke):<br />
Tryk på ”OK”. I er nu klar <strong>til</strong> en ”kørsel”. Løft det tunge lod op i nærheden af trissen og hold<br />
systemet i ro. Mål afstanden fra bunden af hver af de to lodder <strong>til</strong> f.eks. gulvet.<br />
H1= ____________meter H2=______________meter<br />
Tryk på ’Start’ tasten når du er klar og giv slip på det lette lod. Grib evt. det lette lod inden det<br />
rammer trissen. Hvis målingerne ikke stopper af sig selv trykkes på stop-”knappen”.<br />
3. Du vil få tegnet grafer for <strong>til</strong>bagelagt strækning og hastighed:
5<br />
4. Kik på ”skema-ikonet” øverst <strong>til</strong> højre og udvælg 8 sammenhørende værdier af<br />
”time”,”distance” og ”velocity” (de skal ikke ligge for tæt sammen). De 8 talsæt indføres i<br />
nedenstående skema eller i et regneark. De resterende søjler kan med fordel udregnes med et<br />
regneark som Logger-Pro eller Excel.<br />
m1 er massen af det tunge lod i kg, og m2 er massen af det lette lod.<br />
Time Distance Velocity ? ? ? ? ? ? ?<br />
t s v h1 h2 x y z w E<br />
sek meter m/s meter meter joule joule joule joule joule<br />
H1-s H2+s ½∙ m1∙v 2 ½∙m2∙v 2 m1∙g∙h1 m2∙g∙h2 x+y+z+w<br />
5. Afslør, hvad der udregnes i de med ? markerede søjler. Er der mekanisk energibevarelse?<br />
Beregn afvigelse i % af tallene i rækkerne 2, 3, 4, 5 i forhold <strong>til</strong> tallet i række 1.<br />
6. Slut af med at lave 5 (t,E)-grafer i samme koordinatsystem og giv en sproglig beskrivelse af<br />
dem.
2. Den svingende streng<br />
Formål<br />
Formålet med øvelsen er at studere den svingende streng og dens partialtoner. Hvad afhænger<br />
partialtonernes frekvens af? Husk, at man kun må ændre en ting af gangen.<br />
Vi vil også finde sammenhængen mellem en bestemt ops<strong>til</strong>lings partialtonefrekvenser og de<br />
<strong>til</strong>hørende bølgelængder<br />
Teori<br />
Teorien siger (du behøver ikke at vide hvorfor), at man kan finde en svingende strengs bølgelængde<br />
ved at finde afstanden mellem to knuder og så gange resultatet med to. Den svingende strengs<br />
frekvens kan man aflæse på frekvensmåleren. Sammenhængen mellem bølgelængde og frekvens er,<br />
at for en bestemt ops<strong>til</strong>ling er λ∙f ens for alle partialtonerne. Denne sammenhæng kaldes i øvrigt<br />
omvendt proportionalitet og tallet λ∙f er strengbølgens hastighed. Med andre ord: For en bestemt<br />
streng med en bestemt ”stramning” er bølgehastigheden uafhængig af frekvens (eller bølgelængde)<br />
Apparatur<br />
Fremgangsmåde<br />
6<br />
1. Først undersøger vi hvordan frekvensen afhænger af snorens længde. Vælg snor, lod<br />
med massen m1 og længde af snor L1(afstanden mellem vibrator og trisse) Ved at øge<br />
frekvensen på funktionsgeneratoren findes 1. partialtone (grundtonen). Frekvensen<br />
noteres og afstanden mellem to knuder måles (i dette <strong>til</strong>fælde L1). Endnu en gang øges<br />
frekvensen <strong>til</strong> 2. partialtone observeres og afstanden mellem to knuder måles osv.<br />
2. Derefter undersøger vi hvordan frekvensen afhænger af loddets masse. De foregående<br />
punkter udføres med fast strenglængde L1, mens massen af loddet ændres. Endnu et<br />
skema udfyldes.
Skemaer:<br />
7<br />
3. Endelig skiftes snoren ud med en anden tykkelse streng og det oprindelige udslag.<br />
Længden af snoren er igen L1 og loddets masse er igen m1. Endnu et skema udfyldes.<br />
4. Når nedenstående skema er udfyldt ændres strengens længde (dvs. afstanden mellem<br />
vibrator og trisse, dog uden at ændre lod), og endnu en kopi af skemaet udfyldes.<br />
Strengens længde (fra vibrator <strong>til</strong> trisse)= __________meter, loddets masse =________kg.<br />
Snor (beskrivelse):<br />
Partialtonenr. f / Hz |KK|=½∙λ / m λ / m v=λ∙f<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
Strengens længde (fra vibrator <strong>til</strong> trisse)= __________meter, loddets masse =________kg.<br />
Snor (beskrivelse):<br />
Partialtonenr. f / Hz |KK|=½∙λ / m λ / m v=λ∙f<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4
Strengens længde (fra vibrator <strong>til</strong> trisse)= __________meter, loddets masse =________kg.<br />
Snor (beskrivelse):<br />
8<br />
Partialtonenr. f / Hz |KK|=½∙λ / m λ / m v=λ∙f<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
Strengens længde (fra vibrator <strong>til</strong> trisse)= __________meter, loddets masse =________kg.<br />
Snor (beskrivelse):<br />
Konklusioner<br />
Partialtonenr. f / Hz |KK|=½∙λ / m λ / m v=λ∙f<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
Overvej, hvilke konklusioner, der med rimelighed kan drages af de fire dele.
3. Bølgelængde af laserlys<br />
Formål<br />
Formålet med øvelsen er at bestemme bølgelængden for henholdsvis en rød og en grøn laser.<br />
Teori<br />
I øvelsen ser vi på laserlysets afbøjning i et gitter. Laserlys indeholder kun en bølgelængde.<br />
Ved et gitter forstås en plade, hvori der er ridset en række parallelle streger med konstant indbyrdes<br />
afstand. Denne afstand d betegnes gitterkonstanten. Sendes lys gennem et gitter afbøjes det i visse<br />
faste retninger. Man kan vise, at der gælder gitterligningen<br />
9<br />
dsin(θm) = mλ (1)<br />
hvor λ er lysets bølgelængde, θm er afbøjningsvinklen (vinklen mellem lysets bevægelsesretning før<br />
og efter passage af gitteret) mens m kaldes afbøjningsordenen, m kan antage værdierne 0,1,2,... op<br />
<strong>til</strong> et bestemt tal afhængig af omstændighederne.<br />
Apparatur<br />
Til ovenstående ops<strong>til</strong>ling skal der anvendes først en rød laser (He-Ne laser) og derefter en grøn<br />
laser. Desuden anvendes gitter med 300 linjer pr. mm., målebånd, tape og to timerstrimler eller<br />
anden form for markering af lyspletterne.<br />
BEMÆRK, AT DET ER FARLIGT AT FÅ LASERLYS I ØJNENE.<br />
PAS OGSÅ PÅ REFLEKSIONER !
Udførelse<br />
Laseren ops<strong>til</strong>les, så lysstrålen rammer vinkelret ind på en væg/skærm. Det gøres ved at reflektere<br />
lyset i et spejl, der holdes fast imod væggen.<br />
I en holder lige foran laseren placeres gitteret vinkelret på stråleretningen og således at linjerne står<br />
lodret og laserstrålen rammer gitterets midte, på den glatte side. Mål afstanden a mellem gitter og<br />
væg. På væggen klistres en timerstrimmel op med tape, så prikkerne ses på timerstrimlen. Marker<br />
prikkerne med en blyant på strimlen. Mål afstandene sm højre og sm venstre <strong>til</strong> pletterne <strong>til</strong> henholdsvis<br />
højre og venstre for hver orden m.<br />
10<br />
Orden m sm højre sm venstre Sm<br />
1<br />
2<br />
3<br />
Beregninger<br />
Den gennemsnitlige s-værdi beregnes:<br />
s<br />
m<br />
s s<br />
<br />
2<br />
m højre m venstre<br />
Afbøjningsvinklen θm er vinkel i en retvinklet trekant med a og sm som kateter. Derfor gælder<br />
sm 1 sm <br />
tanm m<br />
tan<br />
a<br />
<br />
a <br />
Bølgelængden λ kan nu bestemmes ved at omskrive gitterligningen (1) <strong>til</strong><br />
Konklusioner<br />
d sinm<br />
<br />
m<br />
Afhænger bølgelængden af ordenen m? Beregn en gennemsnitsværdi for bølgelængden af<br />
henholdsvis rødt og grønt laserlys. Ligger bølgelængderne i de intervaller, hvor man normalt sanser<br />
grønt lys (492 nm – 577 nm) og rødt lys (622 nm – 780 nm)?<br />
Sammenlign også med tabelværdierne (få dem af din vejleder).
4. Brydningsindeks for acryl<br />
Formål<br />
Formålet med øvelse er at finde brydningsindeks for en lysstråles overgang fra luft <strong>til</strong> akryl og fra<br />
akryl <strong>til</strong> luft.<br />
Teori<br />
11<br />
Benævnes indfaldsstrålens vinkel med indfaldslod med i, og brydningsvinklens vinkel med<br />
indfaldslod med b gælder følgende sammenhæng:<br />
n sin( i) n sin( b)<br />
i b<br />
Tallet n er det såkaldte brydningsindeks (ni er brydningsindekset for det stof hvori vinklen i<br />
måles mens nb er brydningsindekset for det stof hvori vinklen b måles; i luft er n = 1,00).<br />
Sammenlignes formlen med ligningen for en ret linje gennem (0,0), y = a∙x, ses det, hvis vi<br />
varierer i, og dermed b, og måler sammenhørende værdier af i og b, bør vi i et koordinatsystem<br />
med sin(b) ud ad x-aksen og sin(i) op ad y-aksen, få en ret linje gennem (0,0). Forholdet mellem<br />
brydningsindekserne nb/ni er hældningskoefficienten:<br />
nb<br />
sin( i) sin( b)<br />
n<br />
i<br />
Apparatur og fremgangsmåde<br />
En lysboks. Spændingskilde. Vinkelmåler. A3-papir. Firkantet acrylklods.<br />
i<br />
b<br />
normal
Vi laver lysstrålen ved at sætte pladen med den enkelte spalte foran lysboksen. Så lægger vi<br />
akrylklodsen på et stykke A3-papir og aftegner dens omrids. Ved efter tur at sende lysstrålen ind<br />
imod den plane side af prismet i 6 forskellige vinkler (fx 10°, 20°, 30°...osv) kan vi med f.eks.<br />
blyant markere lysstrålens gang på papiret både før og efter dens passage af de plane sider af<br />
prismet (se tegningen <strong>til</strong> herover). Når vi med den yderste nøjagtighed har markeret alle strålerne,<br />
fjerner vi klodsen og måler vinklerne med en vinkelmåler.<br />
For overgangen luft <strong>til</strong> akryl:<br />
Udfyld et skema som vist herunder. Herudfra tegner vi en graf med sin(b) som 1.akse og sin(i) som<br />
2.akse, vha. Logger-Pro eller Excel (husk, at programmet skal regne i grader).<br />
Er der tale om proportionalitet? Endelig bestemmer vi denne grafs hældningskoefficient, som altså<br />
er brydningsindekset for akryl – da brydningsindekset for luft, ni, jo er lig 1,00.<br />
Stråle nr. sin(i) sin(b)<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
For overgangen akryl <strong>til</strong> luft:<br />
Derefter gentages målingen for overgangen fra akryl <strong>til</strong> luft, dvs. indfaldsvinklen i ligger nu inde i<br />
akrylklodsen, mens brydningsvinklen b er i luft. Igen udfyldes et skema:<br />
Stråle nr. sin(i) sin(b)<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
Tegn sin( b),sin( i) -grafen i Logger-Pro eller Excel, og bestem igen brydningsindekset for akryl<br />
ud fra hældningskoefficienten (ni er nu brydningsindekset for akryl, og nb nu er brydningsindekset<br />
for luft, dvs. nb = 1,00).<br />
Konklusioner<br />
12<br />
1. Hvad er enheden på brydningsindeks?<br />
2. Er der forskel på brydningsindeks for akryl ved de to overgange?<br />
3. Bestem ud fra det fundne brydningsindeks hvad i er når b=90 for overgangen fra akryl <strong>til</strong><br />
luft. Denne vinkel kaldes i øvrigt for den kritiske vinkel ic.
5. Bestemmelse af specifik varmekapacitet (varmefylde) for faste stoffer.<br />
Formål<br />
At bestemme den specifikke varmekapacitet for messing ved brug af et kalorimeter, samt at bestemme<br />
arten af to ukendte metaller ved hjælp af deres specifikke varmekapaciteter.<br />
Teori<br />
Når et lod af messing overføres <strong>til</strong> et kalorimeters indre skål (messing) med vand, afgiver loddet<br />
lige så meget varme, som vandet + indre skål modtager.<br />
Dette giver anledning <strong>til</strong> at udtrykke kalorimeterligningen:<br />
13<br />
E E E<br />
lod vand messin g<br />
Ved hjælp af opvarmningsformlen/afkølingsformlen: E m c t , hvor m er massen, c er den<br />
specifikke varmekapacitet og t er temperaturændringen, kan cmessing findes. cvand antages kendt.<br />
Ved hjælp af den samme udgangsformel findes cukendt<br />
Forsøgets gang<br />
Følgende udstyr er <strong>til</strong> rådighed: Elkedel, kalorimeter, termometre, vægt, samt lodder.<br />
Afdeling 1: Varm vand op i elkedlen <strong>til</strong> kogepunktet. Messingloddet vejes (mL), sænkes ned i<br />
elkedlen og opvarmes i kogende vand <strong>til</strong> 100 o C (vent nogle få minutter, ind<strong>til</strong> du er sikker på<br />
temperaturen). Massen af indre skål (mk) findes. Heri hældes en passende mængde vand (mv), så<br />
loddet kan dækkes af vandet. Husk at notere både den masse, der vejes, og den beregnede mv.<br />
Kalorimetervandets begyndelsestemperatur aflæses (t1), og umiddelbart herefter bringes messingloddet<br />
over i kalorimeteret, efter at vandet først (hurtigt) er slået af loddet. Under stadig omrøring<br />
følges kalorimeterets temperatur og når denne er højest aflæses sluttemperaturen (t2).<br />
Alle resultater føres ind i et skema, som omfatter alle målte størrelser. Gentag forsøget 2 gange, så<br />
du har en serie på tre målinger. Forsøg at vælge en starttemperatur lige så langt under stuetemperaturen,<br />
som sluttemperaturen ender over stuetemperaturen (hvorfor?).<br />
Vis første gennemregnede eksempel i detaljer.<br />
Tabelværdi: cvand= 4180<br />
J<br />
.<br />
grad kg
Afdeling 2:<br />
Forsøget er principielt som før, blot erstattes messingloddet af det ukendte metal.<br />
Brug tabelværdien for messings specifikke varmekapacitet. Den specifikke varmekapacitet for det<br />
ukendte metal udregnes og sammenlignes med databogens værdier.<br />
Rapportens indhold<br />
Rapporten skal indeholde svar på følgende spørgsmål.<br />
14<br />
1. Hvorfor skal man kun veje den indre kalorimeterskål?<br />
2. Hvorfor skal man starte ca. 3 grader under stuetemperatur?<br />
3. Hvorfor skal man slå loddet i bordet? – og hvorfor hurtigt?<br />
4. Hvor godt stemmer resultatet i afdeling 1 med tabelværdien.<br />
5. Hvilke størrelser i formlerne giver den største usikkerhed?
6. Brændværdi for stearin<br />
Formål<br />
15<br />
1. At bestemme brændværdien for stearin ved at opvarme vand i et krus<br />
2. At bestemme effekten af et stearinlys<br />
Teori<br />
Ved brændværdi B forstås den energimængde E der ved<br />
forbrænding frigøres pr. forbrændt masse m :<br />
E<br />
B <br />
m<br />
For at give vandet med massen m temperaturstigningen T kræves<br />
en <strong>til</strong>ført varme Q givet ved<br />
Q m c T<br />
Her står c for vandets specifikke varmekapacitet (den varme der<br />
skal <strong>til</strong> for at opvarme en masseenhed af vandet med en grad). Det er<br />
en stofkonstant, der kan findes i Databogen. Hvis al varmen fra<br />
stearinlyset går <strong>til</strong> at opvarme vandet er E Q<br />
Ved effekt forstås omsat energi pr. tid:<br />
E<br />
B <br />
t<br />
Stearinlysets effekt kan altså bestemmes når vi kender den tid t<br />
hvori det har brændt.<br />
Udstyr<br />
Stearinlys, krus, vand, termometer, vægt.<br />
Ops<strong>til</strong>ling<br />
Se billedet <strong>til</strong> højre. Hvorfor mon plastkruset ikke smelter?
Målinger<br />
16<br />
1. Bestem massen af vandet i kruset. Bestem ligeledes begyndelsestemperaturen.<br />
2. Bestem massen af stearinlyset før det tændes.<br />
3. Tænd stearinlyset og start et stopur. Lad lyset brænde et passende tidsrum.<br />
4. Sluk stearinlyset og aflæse tiden på stopuret.<br />
5. Bestem vandets sluttemperatur efter omrøring. Bestem ligeledes stearinlysets masse.<br />
Beregninger<br />
1. Udregn den mængde varme der er brugt <strong>til</strong> at opvarme vandet.<br />
2. Udregn hvor meget stearin der er forbrændt.<br />
3. Udregn stearins brændværdi.<br />
Usikkerhed/fejlkilder<br />
Nævn fejlkilder og usikkerheder i forsøget, som vil have betydning for dine målinger og som vil<br />
påvirke bestemmelsen af brændværdien.<br />
Konklusion<br />
Kommentér dit resultat i lyset af de punkter du nævner under usikkerheder og fejlkilder og<br />
sammenhold den fundne værdi med værdien for forskellige andre stoffer (stearin er ikke et bestemt<br />
stof men derimod en blanding af stearinsyre og palmitinsyre; derfor kan der ikke angives en bestemt<br />
tabelværdi for stearins brændværdi).
7. Gitterspektrometeret<br />
Formål<br />
Afdeling 1: At undersøge emissionsspektret for hydrogen ved hjælp af et gitter.<br />
Afdeling 2: At undersøge bølgelængdeintervallet for grønt lys.<br />
Teori<br />
Ridser man en række parallelle linjer i en plade fremkommer et gitter. Sendes lys gennem et gitter,<br />
vil det forstærkes i visse bestemte retninger (Figur 1) bestemt af gitterligningen<br />
17<br />
m <br />
sin m =<br />
(1)<br />
d<br />
Afbøjningsordenen m er et helt tal; hvis f.eks. m=2<br />
tales om anden ordens afbøjning. Afbøjningsvinklen<br />
θm er vinklen mellem lysets oprindelige<br />
retning og den nye retning; λ er lysets bølgelængde;<br />
gitterkonstanten d er afstanden mellem<br />
stregerne i gitteret.<br />
Ops<strong>til</strong>ling
Udførelse<br />
Til øvelsen anvendes et spektrometer, som først skal inds<strong>til</strong>les: Inds<strong>til</strong> først kikkerten med skrue A,<br />
så en fjern genstand ses klart – gå f.eks. ud på trappen og sigt efter vandtårnet i Hasle. Anbring en<br />
lyskilde foran spalten, som åbnes lidt med skrue H, og inds<strong>til</strong> kollimatoren med G, ind<strong>til</strong> spalteåbningen<br />
ses skarpt gennem kikkerten. Gør spalteåbningen så smal som muligt, og drej kikkerten,<br />
så spalten ses midt i trådkorset. Skru kikkerten fast med B under kikkerten og finjuster eventuelt<br />
med C. Drej nu gradskalaen <strong>til</strong> O (brug luppen) i den ene side, og fastgør skalaen med E. Finjuster<br />
eventuelt med F.<br />
Anbring et gitter med 300 linjer pr. mm i gitterholderen, så den glatte side vender imod og er<br />
vinkelret på lyset. Siden, med gitterspalterne skal ligge i et lodret plan gennem centrum på det<br />
optiske bord, som fastgøres med D.<br />
Afdeling 1<br />
Sammenhængen mellem ordenen m og afbøjningsvinklen θm undersøges nu for lys udsendt af en<br />
hydrogenlampe. Aflæs afbøjningsvinklen af de mest tydelige linjer i 1. og (hvis muligt) i 2. orden<br />
både <strong>til</strong> højre (θhøjre) og venstre (θvenstre) .<br />
Afdeling 2<br />
For en hvid lyskilde skulle man gerne se alle regnbuens farver når lyset sendes gennem gitterspektrometret.<br />
Identificér den grønne farves indre og ydre afgrænsning og mål de <strong>til</strong>svarende<br />
afbøjningsvinkler <strong>til</strong> både højre og <strong>til</strong> venstre i så mange ordener som man kan se.<br />
18
Beregninger<br />
Afdeling 1<br />
For hver orden bestemmes afbøjningsvinklen θm som gennemsnittet af θhøjre og θvenstre. Indfør<br />
resultaterne i et skema som nedenstående.<br />
19<br />
orden<br />
m<br />
1<br />
2<br />
farve<br />
θhøjre<br />
θvenstre<br />
Middel afbøjningsvinkel<br />
θm<br />
Bølgelængderne bestemmes vha. gitterformlen. Sammenlign dernæst, ved hjælp af en databog, med<br />
hydrogens spektrallinjer.<br />
Afdeling 2<br />
Orden m θhøjre,indre θhøjre,ydre θvenstre,indre θvenstre,ydre θindre θydre λmin λmax<br />
λ
8. Halveringstid for<br />
Formål<br />
20<br />
234Pa *<br />
Formålet med øvelsen er at bestemme halveringstiden for 234 Pa * .<br />
Apparatur<br />
Et GM-rør med tæller, Pa-234-generator, et stativ.<br />
Teori<br />
U-238 er udgangspunktet for en lang henfaldskæde. Blandt de mange datterkerner findes isotopen<br />
234 Pa * :<br />
238 U 234 Th 234 Pa * 234 U 230 Th<br />
Pa-234-generatoren indeholder et uranholdigt salt (uranylnitrat) og dermed alle henfaldskædens<br />
datterkerner. Af disse har 234 Pa * en halveringstid, der er passende for dette forsøg. En <strong>til</strong>fredss<strong>til</strong>lende<br />
måling af halveringstiden for 234 Pa * forudsætter, at henfald fra de øvrige radioaktive kerner<br />
ikke påvirker tælletallet for -henfaldet af 234 Pa * . Dette opnås ved at isolere 234 Pa * i Pa-234generatoren.<br />
Denne består af en plasticflaske, hvor der findes to ikke-blandbare væsker:<br />
og<br />
1. en gul som består af uransaltet opløst i en syre<br />
2. en sort som er en organisk opløsning.<br />
Den sorte organiske væske er udvalgt således at netop Pa – men ingen af de øvrige stoffer i kæden –<br />
kan opløses i væsken. Samtidigt har den sorte opløsning mindre densitet end den gule. Hele tiden<br />
dannes der forskellige radioaktive isotoper – bl.a. Pa-234 – i den gule væske nederst. Når kilden<br />
rystes sammenblandes de to væsker; Pa-234-isotopen opløses da i den sorte væske, der efter<br />
rystningen igen lægger sig øverst i flasken.
De øvrige isotoper kan ikke opløses i den sorte væske og bliver derfor nederst i flasken. Plasticmaterialet,<br />
som flasken er frems<strong>til</strong>let af, er ikke tykkere, end at en væsentlig del af de dannede partikler<br />
kan passere igennem og blive registreret af GM-røret som vist på figuren ovenfor. Hovedparten<br />
af de radioaktive partikler, der dannes ved andre former for henfald i urankæden, vil blive<br />
absorberet i den gule væske og derfor ikke nå frem <strong>til</strong> GM-røret.<br />
Da GM-røret ikke kan skelne mellem stråling fra kilden og stråling fra omgivelserne<br />
(baggrundsstrålingen) skal vi desuden måle baggrundsstrålingen Ib.<br />
Udførelse<br />
1. Tænd for tælleren og prøv dig frem med den og/eller læs om betjening i brugsanvisningen<br />
ind<strong>til</strong> du er fortrolig med den. Til dette forsøg skal tælleren inds<strong>til</strong>les <strong>til</strong> at måle antal<br />
impulser pr. 10 s med kontinuert tælling (continuous), og med spændingsforskellen over<br />
røret på imellem 450V og 500V.<br />
2. Baggrundsstrålingens intensitet Ib måles ved at foretage et passende antal målinger à 100s.<br />
3. GM-røret fastgøres lodret i en klemme på stativet så enden er tættest muligt ved<br />
generatorens top. Undgå på dette tidspunkt at ryste generatoren (ellers er det umuligt at<br />
udføre forsøget).<br />
4. Nu rystes Pa-234-generatoren forsigtigt i et halvt minut og s<strong>til</strong>les under GM-røret, og<br />
tællingerne påbegyndes.<br />
5. Intensiteten I noteres for hvert 10. sekund. Når tælletallet ikke længere ændrer sig<br />
væsentligt, afbrydes målingen; dette vil normalt være efter 5 - 10 minutter.<br />
6. Gentag forsøget, men ryst denne gang kilden kraftigt i et minut.<br />
Resultatbehandling<br />
1. Angiv alle 4 reaktionsskemaer for henfald af 238 U <strong>til</strong> 230 Th, og gør rede for, at der ikke<br />
kommer henfald, der kan forstyrre målingen.<br />
2. Baggrundsstrålingens intensitet Ib beregnes ved at tage 1/10 af gennemsnittet af de tal, der<br />
blev målt under punkt 2 i udførelsen.<br />
3. Den korrigerede intensitet Ik – d.v.s. den del af strålingen der kun stammer fra Pa-234kilden<br />
– bestemmes ved at trække baggrundsstrålingen Ib fra intensiteten I i hver af<br />
målingerne:<br />
21<br />
Ik I I<br />
b
4. Indtegn den korrigerede intensitet Ik som funktion af tiden t i et enkeltlogaritmisk<br />
koordinatsystem. Tegn den bedste rette linje igennem den del af punkterne, der ligger på<br />
linje, og bestem halveringstiden for 234 Pa * .<br />
Konklusion<br />
Sammenlign dit resultat med tabelværdien og forklar eventuelle afvigelser. Gør rede for, hvorfor de<br />
første punkter på graferne ikke ligger på linjen, og hvorfor der bliver forskel på de to måleserier.<br />
! Risici<br />
22<br />
Forsøget er godkendt <strong>til</strong> undervisning, og strålingsniveauet udgør ingen fare. Pa-234generatoren<br />
er lukket, ingen af væskerne skal håndteres. Man skal kun ryste generatoren.<br />
Ved arbejde med radioaktive kilder skal man altid søge at begrænse den<br />
modtagne strålingsdosis. Dette gøres ved at holde så stor afstand <strong>til</strong> kilden som<br />
muligt, begrænse den tid, man er udsat for strålingen mest muligt, og om muligt<br />
afskærme mod strålingen. Specielt er det forbudt at spise, drikke eller ryge i lokaler,<br />
hvor der arbejdes med radioaktive kilder.