Hyppää pääsisältöön
Aihesivun Fysiikka pääkuva

Aine ja säteily

Kaikki näkemämme aine muodostuu atomeista ja niiden muodostamista yhdisteistä. Atomin rakenneosat ovat ydin ja elektroniverho. Ydin muodostuu nukleoneista, joita ovat protoni ja neutroni. Elektroniverho koostuu elektroneista. Protonit ja neutronit puolestaan rakentuvat kvarkeista.

Tietolaatikko

Opetussuunnitelman mukaiset kurssin tavoitteet ovat, että opiskelija

  • tutustuu kvantittumiseen, dualismiin sekä aineen ja energian ekvivalenssiin aineen rakennetta ja rakenneosien dynamiikkaa hallitsevina periaatteina
  • syventää kokonaiskuvaa fysiikan kehityksestä ja sen pätevyysalueesta luonnonilmiöiden tulkitsijana.

Sähkömagneettisessa säteilyssä säteilylähde lähettää valon nopeudella etenevää säteilyenergiaa tietyn suuruisina "paketteina", kvantteina eli fotoneina. Sähkömagneettisella säteilyllä, kuten valolla, on dualistinen luonne, eli sillä on samanaikaisesti sekä aaltoliikkeen että hiukkasten ominaisuuksia.

Modernin fysiikan vallankumouksen myötä keksittiin, että atomin ytimistä voidaan vapauttaa valtavat määrät energiaa. Ydinreaktio on reaktio, jossa atomien ytimet hajoavat tai yhdistyvät. Ydinreaktioita ovat fissio ja fuusio. Reaktio voi käynnistyä neutronipommituksesta. Hallitsematonta ydinreaktiota on käytetty hyväksi ydinpommeissa.

Radioaktiivinen alkuaineen ydin on epävakaa ja hajoaa spontaanisti kevyemmiksi aineiksi. Prosessissa vapautuu ionisoivaa säteilyä, joka on joko sähkömagneettista säteilyä tai hiukkassäteilyä. Kaikkialla luonnossa on ionisoivan säteilyn lähteitä, esimerkiksi avaruudesta tulee kosmista säteilyä ja maaperässä on luonnostaan radioaktiivisuutta.

Katodisäteet

Kaikki maailmassa on muodostunut atomeista. 1897 Thompson mullisti ajattelun, että atomit olisivat kiinteitä, joita ei voi jakaa osiin. Thompson tutki vakuumipalloa, jossa oli anodeja ja katodeja. Kun katodeja lämmitetään, syntyy katodisäteitä. Katodisäteiden suuntaan vaikuttaa magneettikentät. Thompson oli ensimmäinen, joka taittoi katodisäteitä sähkökentän avulla. Katodisäteet muodostuvat negatiivisesti varautuneista kevyistä hiukkasista.

Atomin rakenne

Atomit koostuvat protoneista, neutroneista ja elektroneista. Useimpien atomien ydin muodostuu protoneista ja neutroneista. Protoni on postiivisesti varautunut, neutronilla ei ole varausta ja elektronin varaus on negatiivinen.

Elektronit

Videoleikkeessä havainnollistetaan kuinka alkuaineiden, kuten fluorin, neonin ja natriumin elektronit jakaantuvat yhdelle, kahdelle tai kolmelle eri kuorelle.

Radioaktiivisuus

Newtonin mekaniikka ei päde, kun nopeudet lähestyvät valon nopeuksia. Tällöin on otettava käyttöön suhteellisuusteoria. Audiossa käsitellään aisaa kahden esimerkin avulla. Aikadilaation mukaan paikoillaan oleva havainnoitsija kokee ajan pitempänä kuin liikkuvassa kohteessa oleva havainnoitsija. Voidaan sanoa, että liikkuvan kello jätättää. Ilmiötä havainnollistetaan kaksoseparadoksin avulla. Pituuskontraktiolla tarkoitetaan sitä, että havaittava pituus riippuu havaitsijan nopeudesta. Myös kappaleen massa riippuu nopeudesta. Lepomassaa käytetään pienillä nopeuksilla eli silloin, kun Newtonin mekaniikka pätee, mutta suurilla nopeuksilla liikuttaessa suhteellisuusteoria on otettava massojakin laskettaessa huomioon. Kappaleen massan kasvu nopeuden kasvaessa voidaan selittää siten, että lisääntyvä liike-energia muuttuu massaksi. Albert Einstein päätteli, että valo pystyy irrottamaan elektroneja metallin pinnasta.

Elektronien irrottamista valon avulla sanotaan valosähköiseksi ilmiöksi. Audion loppuosassa käsitellään radioaktiivisuutta. Aluksi tutustutaan käsitteisiin protoni, neutroni, nukleoni, nuklidi, massaluku ja isotooppi sekä siihen, miten atomin ydin pysyy kasassa ja miten radioaktiivinen säteily syntyy. Radioaktiivisia aineita ovat etenkin sellaiset alkuaineet, joilla on neutroneja huomattavasti enemmän kuin protoneja. Monilla alkuaineilla on olemassa sekä pysyviä että radioaktiivisia isotooppeja. Radioaktiivisen hajoamisen nopeutta kuvataan puoliintumisajalla.

Eri aineiden puoliintumisajat vaihtelevat suuresti. Radioaktiivinen säteily on ydinsäteilyä. Alfasäteilyssä eli alfahajoamisessa on sekä protoneja että neutroneja. Se pysähtyy paperiin, mutta on silti vaarallista, koska se on ionisoivaa säteilyä. Beetasäteilyssä syntyy joko elektroneja tai positroneja. Myös beetasäteily on ydinsäteilyä. Radioaktiivisessa ytimessä syntyy myös gammasäteilyä. Gammasäteily on sähkömagneettista säteilyä ja etenee valon nopeudella. Se on aaltoliikettä, mutta sillä on valon tapaan hiukkasluonne. Periaatteessa gammasäteily on pysähdy mihinkään esteeseen. Radioaktiivisen aineen hajoamisnopeuden yksikkö on becquerel.

Radioaktiivisen säteilyn vaikutuksia kuvataan myös yksiköillä sievert ja grey. Ne kuvaavat säteilyn kautta tulleen säteilyn energiamäärää. Tarkastaja Matti Soininen Itä-Suomen läänistä kertoo, kuinka Kuopion seudulla on varauduttu radioaktiivisen säteilyn yllättävään nousuun. Lopuksi esitellään radioaktiivisen säteilyn käyttöesimerkkejä.

Abitreenit

Oppimateriaalit

  • Navigaatiokuva aineelle Biologia.
    Navigaatiokuva aineelle Biologia. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Elämänkatsomustieto.
    Navigaatiokuva aineelle Elämänkatsomustieto. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Englanti.
    Navigaatiokuva aineelle Englanti. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Espanja.
    Navigaatiokuva aineelle Espanja. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Filosofia.
    Navigaatiokuva aineelle Filosofia. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Fysiikka.
    Navigaatiokuva aineelle Fysiikka. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Historia.
    Navigaatiokuva aineelle Historia. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Italia.
    Navigaatiokuva aineelle Italia. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Kemia.
    Navigaatiokuva aineelle Kemia. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Latina.
    Navigaatiokuva aineelle Latina. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Maantiede.
    Navigaatiokuva aineelle Maantiede. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Matematiikka.
    Navigaatiokuva aineelle Matematiikka. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Portugali.
    Navigaatiokuva aineelle Portugali. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Psykologia.
    Navigaatiokuva aineelle Psykologia. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Ranska.
    Navigaatiokuva aineelle Ranska. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Ruotsi.
    Navigaatiokuva aineelle Ruotsi. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Saame.
    Navigaatiokuva aineelle Saame. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Saksa.
    Navigaatiokuva aineelle Saksa. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Suomi.
    Navigaatiokuva aineelle Suomi. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Terveystieto
    Navigaatiokuva aineelle Terveystieto Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Uskonto.
    Navigaatiokuva aineelle Uskonto. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Venäjä.
    Navigaatiokuva aineelle Venäjä. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Yhteiskuntaoppi.
    Navigaatiokuva aineelle Yhteiskuntaoppi. Abitreenit
  • Navigaatiokuva aineelle Äidinkieli.
    Navigaatiokuva aineelle Äidinkieli. Abitreenit

Seuraa Abitreenejä Instagramissa: @abitreenit