1. Jaka jest odległość Ziemi od Słońca.

1 j.a. (jednostka astronomiczna) 149,60mln km

2. Jak się nazywa największa planeta Układu Słonecznego i jaka jest jej budowa.

Jowisz stanowi największą planetę Układu Słonecznego ponieważ skupia w sobie 71% masy wszystkich planet, kształtem znacznie odbiega od kuli,. . Ze względu na skład chemiczny i dużą masę Jowisza nazywa się niedoszłą gwiazdą lub prawie gwiazdą. Chmury Jowisza składają się głównie z wodoru i helu. Domieszkami są tam metan, amoniak, para wodna i acetylen. Wnętrze planety zaczyna się na głębokości 1000 km, gdzie wodór przechodzi w stan ciekły. Jeszcze głębiej tworzy się wodór metaliczny. W centrum Jowisza znajduje się jądro o temperaturze około 35000 ^oC. Najbardziej znany obiekt na tarczy Jowisza, Wielka Czerwona Plama, okazała się ostatecznie olbrzymim wirem w atmosferze.

3. Kto opisał zasady ruchu planet w układzie słonecznym.

Ruch planet Uładu Słonecznego po ich orbitach wokół Słońca opisują 3 prawa Keplera:

1. Wszystkie planety Układu Słonecznego poruszają się po robitach eliptycznych, przy czym Słońce znajduje się w jedny z ognisk orbity

2. W równych przedziałach czasu promień wodzący planety zakreśla obszary o jednakowych polach.

3. Kwadraty okresów obiegu planet wokół Słońca mają się do siebie tak jak sześciany dużych półosi orbit eliptycznych tych planet.

4. Procesy zachodzące w gwiazdach.

Zwyczajna gwiazda, podobna do Słońca, świeci kosztem wyzwalanej energii podczas syntezy wodoru w jądrowym piecu, takim jest jej wnętrze.

5. Masy gwiazd

Typ	Masa (Słońce = 1)
O	16-100
B	2,5-16
A	1,6-2,5
F	1,1-1,6
G	0,9-1,1
K	0,6-0,9
M	0,08-0,6

Zdanie ułatwiające zapamiętanie listy typów widmowych brzmi : Oh, Be A Fine Guy, Kiss Me.

6. Diagram H - R

Diagram ukazuje związki pomiędzy jasnością gwiazd a ich barwą. Stanowi on stanowi wykres mocy promieniowania gwiazdy w funkcji ich barwy. Na diagramie gwiazdy nie są porozrzucane przypadkowo lecz tworzą wyraźne grupy. Trzy podstawowe grupy: 1. obejmuje gwiazdy układające się na diagramie w postaci długiego pasa, który przebiega od lewego górnego rogu (gwiazdy jasne i niebieskie) do prawego dolnego (słabe i czerwone). Pas ten obejmuje 90% wszystkich gwiazd. Ta część diagramu nazwana jest ciągiem głównym. 2. stanowią gwiazdy z prawej górnej części diagramu, są to jasne chłodne gwiazdy. Niekiedy całą grupę nazywa się olbrzymami. Gwiazdy z samej góry diagramu określono mianem nadolbrzymów. wyróżnia się niebieskie, czerwone i żółte nadolbrzymy. 3. tworzą małe , słabe gwiazdy , położone poniżej ciągu głównego, tak zwane białe karły.

7. Gwiazdy neurtonowe, czarna dziura.

Jądro nadolbrzyma zapada się w bryłę o średnicy od 10 do 20 km. Jest ona niewyobrażalnie gęsta, a jej objętość odpowiadająca jednej łyżeczce do herbaty może ważyć nawet 100 mln ton! Na masę takiej bryły składa się masa neutronów, i dlatego gwiazda taka nosi nazwę gwiazdy neutronowej Największe gwiazdy mogą skończyć jako "czarne dziury", czyli obiekty tak gęste, że wytwarzana przez nie grawitacja pochłania nawet promienie świetlne. Można je "zaobserwować" za pośrednictwem wpływu grawitacyjnego na inne obiekty lub emitowanego przez nie promieniowania X, będącego rezultatem energii wyzwalanej podczas pochłaniania materii . Czarna dziura to efekt gwałtownego zapadania grawitacyjnego gwiazd o masie powyżej 40 M_S; obiekt obserwowany jedynie poprzez procesy zachodzące w jego otoczeniu

8. Jakiego rzędu była początkowa gęstość materii w chwili wielkiego wybuchu

Na temat początkowego elementu mało wiadomo. Gęstość jego była bardzo duża (supergęsty element). Niestety nigdzie nie podają dokładnych (jakichkolwiek) wartości.

9. Trzy etapy ewolucji wszechświata według teorii Wielkiego Wybuchu.

Początek ewolucji = 0.0

a) Po czasie: 10^-43 s.

Po inicjacji w obszarze 10^-32 i temp 10³² stopni powstają różne cząstki oraz następuje pierwsze historyczne wydarzenie: oddziela się grawitacja.

b) Po czasie: 10^-35 s.

Początek inflacji. Wszechświat osiągnął rozmiary piłki tenisowej. Powstają nowe cząstki i wyodrębniają się oddziaływania silne.

c) Po czasie 10^-32 s.

Koniec inflacji. We Wszechświecie istnieją już dwa rodzaje cząstek: kwarki i leptony.

10. Hubble'a prawo, kosmologiczne prawo opisujące rozszerzanie się Wszechświata w wielkiej skali, wiąże tzw. przesunięcie ku czerwieni widma elektromagnetycznego (np. światła o długości fali λ), zdefiniowane jako z=Δλ/λ z odległością r do danej galaktyki wzorem

z=(H/c)⋅r

gdzie: c- prędkość światła, H - stała Hubble'a.

Przesunięcie ku czerwieni interpretowane jest tu jako spowodowane wyłącznie efektem Dopplera i wynika z wzajemnego oddalania się galaktyk. Prawo Hubble'a ma charakter statystyczny, obowiązuje dla wartości średnich.

11. Reliktowe promieniowanie - izotropowe promieniowanie cieplne Wszechświata. Promieniowanie reliktowe jest pozostałością po wysokoenergetycznych kwantach gamma wypełniających wczesny Wszechświat wg modelu Wielkiego Wybuchu.

Ze względu na znaczną wartość przesunięcia ku czerwieni, energia tych fotonów odpowiada dziś promieniowaniu ciała doskonale czarnego o temperaturze 2,7 K (leży w zakresie mikrofal, maksimum rozkładu odpowiada długości fali 0,1 cm).

12. Dlaczego promieniowanie reliktowe potwierdza teorię Wielkiego Wybuchu.

Wszechświat rozszerza się , co prowadzi do systematycznego spadku średniej gęstości materii. Wskutek niestabilności grawitacyjnej materia jest obecnie rozmieszczona bardzo nierównomiernie: istnieją obszary o skrajnie wysokiej gęstości (np. wnętrza gwiazd) i niskiej (przestrzeń z dala od gromad galaktyk - pustki). W początkowych etapach ewolucji Wszechświata materia była rozmieszczona niemal idealnie jednorodnie i wypełniała w formie gazowej całą przestrzeń. Ekspansja gazu prowadzi do obniżenia jego temperatury, sprężanie - do wzrostu. Zatem wcześniejszym chwilom ewolucji Wszechświata odpowiadała większa gęstość i wyższa temperatura materii. Temperatura promieniowania reliktowego potwierdza powyższą teorię. Promieniowanie reliktowe potwierdza teorię wielkiego wybuchu tzn. teorię według której wszechświat pierwotny, skrajnie gorący i gęsty, mógł rozpocząć swe istnienie około 13,7 mld lat temu w wyniku olbrzymiej eksplozji w jednym punkcie przestrzeni. Eksplozja ta miała zapoczątkować ekspansję która nadal trwa.

13. Promieniowanie jądrowe (rodzaje i ch-ka)

Gamma promieniowanie, strumień kwantów gamma. W otaczającym nas środowisku istnieje naturalne tło promieniowania gamma, którego źródłem są pierwiastki gamma promieniotwórcze zawarte w skorupie ziemskiej oraz promieniowanie kosmiczne.

Promieniowanie alfa, strumień cząstek alfa α - jądro atomu helu ⁴He emitowane przez niektóre substancje promieniotwórcze w trakcie rozpadu alfa. Cząsteczki alfa produkowane są również w wielu reakcjach jądrowych. Cząsteczka alfa zbudowana jest z 2 protonów i 2 neutronów, ma więc ładunek elektryczny równy +2 ładunku elementarnego. Spin cząsteczki alfa wynosi 0, a masa 4,0027 j.m.a..

Promieniowanie beta, rozpad jądra promieniotwórczego, w wyniku którego z jądra emitowany jest (rozpad beta minus) elektron (negaton) i antyneutrino elektronowe lub (rozpad beta plus) pozyton i neutrino elektronowe.

W pierwszym przypadku liczba atomowa Z nowo powstałego jądra jest większa o jeden od Z jądra macierzystego, w drugim - zmniejsza się o jeden. Liczba masowa jądra A nie ulega zmianie w rozpadzie beta.

14. Promieniotwórczość - zjawisko samoistnej przemiany jednych jąder atomowych w inne. Głównymi procesami odpowiedzialnymi za promieniotwórczość są: rozpad beta, rozpad alfa, wychwyt elektronu, spontaniczne rozszczepienie.

Promieniotwórczość naturalna, zjawisko obecności w środowisku naturalnym substancji promieniotwórczych niezależnie od działalności człowieka (w odróżnieniu od skażeń promieniotwórczych). W środowisku można zaobserwować ponad 60 izotopów promieniotwórczych.

Promieniotwórczość sztuczna, zjawisko promieniotwórczości obserwowane dla izotopów promieniotwórczych innych niż występujące w naturalnym środowisku ziemi, otrzymanych najczęściej w wyniku aktywacji izotopów stabilnych.

15. Reaktor jądrowy - urządzenie do przeprowadzania w sposób kontrolowany łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder atomowych (reakcja jądrowa). Neutron uderzając w ciężkie jądro np. uranu 235, uranu 233, plutonu 239; może spowodować jego rozszczepienie, tj. podział na dwa nowe jądra. W trakcie rozszczepiania wydziela się ogromna ilość energii z jednoczesną emisją kilku neutronów i fotonów gama. Dwa nowe jądra zwane fragmentami rozszczepienia, zwykle mają nierówne masy i są w stanie wzbudzonym.
Neutrony emitowane w trakcie rozszczepienia noszą nazw neutronów natychmiastowych i mają średnią energię około 2 MeV. Na jedno rozszczepienie przypada około 2,5 neutronów natychmiastowych.

16. Licznik G-M -Liczniki buduje się całkowicie z metalu lub zamknięte w bańce szklanej. Elektrodzie dodatniej nadaje się kształt cienkiego drucika, elektrodzie ujemnej- kształt otaczającego ten drucik cylindra.

Jeśli zwiększymy napięcie w liczniku proporcjonalnym, to przestanie on być proporcjonalnym stając się licznikiem G-M. Fizyczne podstawy: wzmocnienie gazowe przy tym napięciu staje się tak wielkie, że gaz traci zupełnie swe własności izolujące i następuje gwałtowne rozładowanie (iskra). W obszarze pracy tego licznika może to wywołać nawet jedna para jonów. Licznik staje się zatem czuły na bardzo niskoenergetyczne promieniowanie. Nie można uzyskać informacji o energii padającego promieniowania, ponieważ wszystkie cząstki prowadzą do tego samego stanu końcowego licznika. Zaletą licznika jest wytwarzanie silnych impulsów, bardzo łatwych do detekcji i rejestrowania.

Nazywamy zależność miedzy częstością zliczeń rejestrowanych impulsów i napięciem zasilania licznika, przy stałym strumieniu padających na licznik cząstek i stałym poziomie progu dyskryminacji elektronicznej.

Liczniki scentylacyjne - są to detektory, w których przejście naładowanej, energetycznej cząstki przez substancję czynną wywołuje błysk światła.

Licznik składa się z: scyntylatora w postaci ciała stałego lub cieczy (kryształ jodku aktywowany niewielkim dodatkiem talu), fotokatoda; fotopowielacza, na wyjściu którego znajduje się anoda zbiorcza. Cząstka jonizująca lub foton gamma wpadając do scyntylatora, wywołuje w nim zjawisko scyntylacji, czyli rozbłysku światła. Fotony tego światła padają na fotokatodę, wybijając z jej powierzchni fotoelektrony. Z kolei każdy fotoelektron jest przyśpieszany polem elektrycznym w kierunku pierwszej z tzw dynod fotopowielacza. Uderzając w jej powierzchnie, wybija z niej kilka elektronów wtórnych. Każdy z tych elektronów wyzwala następne elektrony z powierzchni kolejnych dynod, znajdujących się na coraz to wyższych potencjałach dodatnich.

Aby duża liczba fotonów światła, generowanych scyntylatorze, docierała do powierzchni fotokatody łączy się te elementy za pomocą światłowodu. Zwielokrotniony w fotopowielaczu strumień elektronów dociera do anody zbiorczej, dając w obwodzie fotopowielacza impuls prądu. Przepływ prądu powoduje spadek potencjału na oporze R, czyli impuls napięcia. Amplitudy takich impulsów napięciowych są proporcjonalne do energii cząstki jonizującej lub fotonu gamma (X) deponowanej w scyntylatorze.

17. Rentgenowskie promieniowanie- rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o długości fali zawartej w przedziale od 0,1 pm do ok. 50 nm, tj. pomiędzy promieniowaniem gamma i ultrafioletowym, przy czym zakres promieniowania rentgenowskiego pokrywa się częściowo z niskoenergetycznym (tzw. miękkim) promieniowaniem gamma - rozróżnienie wynika z mechanizmu wytwarzania promieniowania: promieniowanie rentgenowskie powstaje przy przejściach elektronów na wewnętrzne powłoki elektronowe atomu, natomiast promieniowanie gamma w przemianach energetycznych zachodzących w jądrze atomowym.

Lampa rentgenowska, sztuczne źródło promieniowania rentgenowskiego, bańka próżniowa posiadająca zatopione elektrody: anodę i katodę (w tzw. jonowej lampie rentgenowskiej bańka wypełniona jest śladowymi ilościami gazu).

Wysokie napięcie przyłożone do elektrod przyspiesza dodatnie jony (jonowa lampa rentgenowska) lub elektrony (elektronowa lampa rentgenowska), cząstki te bombardując elektrodę (odpowiednio: katodę - jonowa lampa rentgenowska lub anodę - elektronowa lampa rentgenowska) emitują promieniowania hamowania, będące strumieniem kwantów promieniowania X o ciągłym widmie energetycznym.

18. Jak powstaje i jakie ma własności promieniowanie Rentgenowskie.

Powstaje wtedy , gdy pędzące szybko elektrony zostaną na swojej drodze nagle zahamowane przez szkło lub metal.

Własności:

• Są niewidzialne dla oka, lecz oddziałują na kliszę fotograficzną

• Rozchodzą się prostoliniowo oraz podlegają interferencji i ugięciu, podobnie jak promienie świetlne

• Nie odchylają się w polu elektrycznym i magnetycznym

• Przenikają przez wiele materiałów nieprzezroczystych dla światła a zwłaszcza materiałów o niewielkim ciężarze właściwym ( drewno, aluminium itp.)

• Są pochłaniane przez inne materiały, zwłaszcza o dużym ciężarze właściwym np. przez ołów ,częściowo przez inne metale itp., przy czym ilość pochłoniętego promieniowania jest zależna od rodzaju materiału i grubości prześwietlanej warstwy

• Wywołują jonizację gazów oraz wzbudzają fluorescencję.

19. Ciało doskonale czarne, ciało o współczynniku absorpcji równym jedności tzn., które niezależnie od temperatury całkowicie pochłania padające nań promieniowanie posiadające dowolny skład widmowy.

Ciało doskonale czarne jest pewną idealizacją, mającą duże znaczenie w teorii promieniowania. Przybliżoną jego realizacją jest otwór dużej wnęki sferycznej.

20. Plancka prawo promieniowania, prawo opisujące emisję światła przez ciało doskonale czarne znajdujące się w danej temperaturze.

Zgodnie z nim emisja (i absorpcja) światła odbywa się w porcjach (kwantach) o energii hν, gdzie h - stała Plancka, ν - częstotliwość fali światła, a zależność zdolności emisyjnej ε od częstotliwości fali ν i temperatury T wyrażona jest wzorem (tzw. wzór Plancka):

gdzie c - prędkość światła, k - stała Boltzmanna.

Prawo podał M. Planck w 1900. Wprowadzenie koncepcji porcjowanej (skwantowanej) emisji i absorpcji światła było ważnym impulsem w kierunku narodzin fizyki kwantowej.

21.Wyjaśnij na czym polega zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na emisji elektronów z danej substancji (powierzchni metalicznych) pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego (np. światła). Opuszczające substancję elektrony nazywa się fotoelektronami, a prąd powstały przy ich uporządkowanym ruchu w zewnętrznym polu elektrycznym - prądem fotoelektrycznym.

22.Podaj wzór Einsteina opisujący zjawisko fotoelektryczne zewn. i opisz użyte w nim wielkości.

Równanie fotoelektryczne Einsteina to:

K_max = e⋅V₀ = h⋅ν−φ , gdy K_max=0, ν=ν₀ to h⋅ν₀=φ i wtedy K_max=h⋅ν−h⋅ν₀.

K_max - maksymalna energia kinetyczna emitowanych elektronów

h - stała Plancka, która wynosi 6,6262⋅10^-34 [J⋅s]

ν - częstość padającego promieniowania [Hz]

ν₀ - częstość progowa dla danego metalu

φ - praca wyjścia dla danego metalu

23. Na czym polegało odkrycie Michelsona -Morley `a.

Badali oni, czy prędkość światła zależy od prędkości Ziemi . Zbudowali w tym celu interferometr , którego zasada działania oparta była o dokładny pomiar czasu przebiegu impulsu światła w danym kierunku na dokładnie zmierzonej drodze. Otrzymane wyniki (brak przesunięcia krążków interferencyjnych) dowodzą że prędkość światła nie zależy od ruchu źródła.

24. Jakie jest podstawowe założenie transformacji Galileusza. Podaj wzory.

Przyjmujemy że osie x^', y^', z^', układu S^' są równoległe do osi x, y, z układu S. Obieramy prędkość V w kierunku osi x. t = t^', x = x^'+Vt^', y = y^', z = z^', V/c => 0.

Transformacja Galileusza jest słuszna dla małych prędkości.

25. Jakie jest podstawowe założenie transformacji Lorentza, podaj wzory.

y'= y ; z'= z ;

x = γ(x-β⋅c⋅t) ; y'= y ; z'= z ; t'= γ(t-(β⋅x)/c)

Transformacja Lorentza jest słuszna dla prędkości światła i przechodzi w transformację Galileusza dla V/c → 0 . Podstawowym założeniem tej transformacji jest to że prędkość światła jest jednakowa we wszystkich układach odniesienia.

27. Na czym polega dylatacja czasu i skrócenie długości. Wzory z wyjaśnieniami.

Dylatacja czasu - to zjawisko polegające na wydłużeniu odstępów czasu mierzonych przez zegar będący w ruchu. Weźmy zegar będący w spoczynku w układzie S. Odstęp czasu w tym układzie oznaczmy przez τ. Zegar jest w początku układu S czyli x = 0. Z transformacji Lorentza przy stałej wartości x mamy że odstęp czasu t^' zmieniony przez zegar w układzie S^', poruszającym się z prędkością V wzdłuż osi x względem układu S wynosi

Odstęp czasu mierzony w układzie poruszającym się S' jest dłuższy niż odstęp czasu mierzony w układzie S. Poruszający się zegar zdaje się opóźniać w stosunku do zegara w spoczynku.

Skrócenie długości - rozważmy pręt leżący wzdłuż osi x i będący w spoczynku w układzie S. Długość tego pręta wynosi l₀ = x₂ - x₁. W układzie S' poruszającym się z prędkością V_x' podajemy położenie końców pręta x₁' i x₂' w danej chwili t'. Tak więc długość L w poruszającym się układzie S' wynosi : L = x₂'(t') - x₁'(t'). Korzystając z transformacji Lorentza otrzymujemy że L = l₀/γ = l₀ (1- β²)0,5.

28. Model atomu Bohra - podstawowe założenia (hipotezy)

1. Elektron w atomie porusza się dookoła jądra po orbicie kołowej
( stacjonarnej ) pod wpływem przy­ciągania kulombowskiego występującego pomiędzy elektronem, a jądrem i ruch ten podlega prawom mechaniki klasycznej.

2. Zamiast nieskończonej liczby orbit, które dozwolone są z punktu widzenia mechaniki klasycznej, elektron może poruszać się tylko po takich orbitach, dla których orbitalny mo­ment pędu L elektronu równy jest całkowitej wielokrotności h, to jest stałej Plancka h ( 6,625 x 10 ^-34 J⋅s ) po­dzielonej przez 2

n = 1,2,3,...

3. Pomimo, że elektron poruszający się po takiej dozwolonej orbicie doznaje stale przys­pieszenia, to jednak nie wypromieniowuje on energii elektromagnetycznej. A zatem jego całkowita energia E pozostaje stała.

4. Promieniowanie elektromagnetyczne zostaje wysyłane tylko wówczas, gdy elektron poruszający się początkowo po orbicie o całkowitej energii E_i zmienia swój ruch w sposób nieciągły w taki sposób, że następnie porusza się po orbicie o całkowitej energii E_f. Często­tliwość  emitowanego przy tym promieniowania równa jest wielkości E_i - E_f podzielonej przez stałą Plancka h.

29. Dualizm korpuskularno-falowy - korpuskularno-falowa natura światła (i innych obiektów mikrofizycznych).

Wszystkie rodzaje obiektów mikroświata (kwanty pola sił, cząstki elementarne itp.) w pewnych warunkach eksperymentalnych (np. zjawisko dyfrakcji) manifestują właściwości pozwalające na opis ich jako fale (tj. np. fale świetlne, de Broglie fale), w innych (np. w zderzeniach sprężystych) daje się je lepiej opisywać jako cząstki (np. fotony, cząstki elementarne).

Również fale akustyczne w sieci krystalicznej manifestują czasem właściwości korpuskularne (fonony). Dualizm korpuskularno-falowy jest jednym z "dogmatów" współczesnej fizyki, koncepcja ta pojawiła się w pierwszych latach XX w. Wcześniej istniał spór o naturę promieniowania (głównie światła).

30. Comptona zjawisko rozpraszanie wysokoenergetycznego promieniowania elektromagnetycznego (gamma lub rentgenowskiego) na słabo związanych elektronach. W wyniku rozpraszania elektron otrzymuje część pędu i energii padającego kwantu promieniowania, przez co rozproszony kwant promieniowania ma mniejszą energię (większą długość fali).

Zjawiska tego nie można wyjaśnić na gruncie klasycznej fizyki. Z analizy procesu zderzenia kwantu promieniowania z elektronem, gdy oba obiekty traktowane są jako sprężyste kulki, można otrzymać wzór na wzrost długości fali promieniowania:

Δλ = 2πλ_o(1-cosθ),

gdzie λ_o tzw. comptonowska długość fali, θ - kąt rozproszenia.

Jak widać Δλ zależy jedynie od czynników geometrycznych (nie zależy od energii), jest największa gdy cosθ = -1, a więc θ = 180° to znaczy, gdy padający foton rozproszy się do tyłu.

Uwzględnienie poprawki na energię wiązania elektronów w atomach zmienia przytoczony powyżej wzór dodając po prawej stronie równania czynniki Dλ², wprowadza więc zależność od energii promieniowania (D-stała dla danego materiału). Poprawka ta jest nieistotna, gdy energia promieniowania jest znacznie większa od energii wiązania elektronów.

---