Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

F YZIKÁLNÍ ASPEKTY ZÁTĚŽÍ ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ Stručný přehled fyzikální podstaty vybraných faktorů zatěžujících životní prostředí - ionizující záření,

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "F YZIKÁLNÍ ASPEKTY ZÁTĚŽÍ ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ Stručný přehled fyzikální podstaty vybraných faktorů zatěžujících životní prostředí - ionizující záření,"— Transkript prezentace:

1 F YZIKÁLNÍ ASPEKTY ZÁTĚŽÍ ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ Stručný přehled fyzikální podstaty vybraných faktorů zatěžujících životní prostředí - ionizující záření, hluk, ozónová vrstva, skleníkový efekt a vliv synergetiky stresových faktorů na biosféru. 1

2 O BSAH 1. Základní poznatky a terminologie atomové fyziky a jaderné fyziky. 2. Zdroje a účinky ionizujícího záření,dozimetrie a ochrany před ionizujícím zářením. 3. Jaderná energetika a její vztah k životnímu prostředí. 4. Alternativní zdroje energie. 5. Aplikace ionizujícího záření a metod jaderné fyziky v geologii, biologii a ekologii. 2

3 O BSAH 6. Kontrolní test. 7. Hluk a ochrana před nadměrnou hlukovou zátěží. 8. Význam ozónu v atmosféře, a procesy ve stratosféře. 9. Ztenčování ozónové vrstvy, ozónová díra a její možné následky. 3

4 O BSAH 10. Příjem sluneční energie a skleníkové plyny. 11. Současné klima a prognózy do budoucna, důsledky klimatických změn. 12. Boj se změnou klimatu a alternativní názory. 13. Kontrolní test. 4

5 I NFORMACE artemis.osu.cz Server katedry fyziky s informacemi pro studenty. 5

6 Fyzikální aspekty zátěží životního prostředí 1 Základní poznatky a terminologie atomové fyziky a jaderné fyzi ky 6

7 7 Atomová teorie – historie Atomová teorie – historie  Leukippos ( př.n.l.) a Demokritos ( př.n.l.).  Atomová teorie vzniká na přelomu 18. a 19. století.  Dalton vyslovil hypotézu, že látky se skládají z částic – atomů.  Zároveň postuloval základní vlastnosti atomů, čímž položil základy atomové teorie.

8 8 Daltonovy postuláty Daltonovy postuláty  prvky se skládají z malých dále nedělitelných částic – atomů,  atomy téhož prvku jsou stejné, atomy různých prvků se liší hmotností, velikostí a dalšími vlastnostmi,  v průběhu chemických dějů se atomy spojují, oddělují nebo přeskupují, přičemž ale nemohou vznikat nebo zanikat,  slučováním dvou či více prvků vznikají chemické sloučeniny, slučování probíhá jako spojování celistvého počtu atomů těchto prvků.

9 Molekula Molekula  Vzniká sloučením dvou a více atomů.  Je nejmenší částici látky, která má ještě její chemické vlastnosti.  Může být tvořena jedním, dvěma nebo více atomy. Hovoříme tak o jednoatomové, dvojatomové nebo víceatomové molekule. 9

10 10 Příklad molekuly  Oxid uhličitý CO 2 nebo voda H 2 O jsou příkladem víceatomových heteronukleárních molekul.

11 11 Atom  Původně nejmenší dále nedělitelná částice látky.  Dnes - atomy nejsou dále dělitelné chemickými procesy.  Atomy jsou pouze jednou z hierarchických strukturních jednotek hmoty.

12 12 Rutherfordův model atomu Rutherford (roku 1911): Rutherford (roku 1911):  Atom se skládá z atomového obalu, který je tvořen elektrony (lehké, záporně nabité částice) a těžkého kladně nabitého atomového jádra.  jádro zaujímá pouze malou část objemu atomu o velikosti řádově m, to je asi desettisíckrát až stotisíckrát menší než je rozměr atomu (cca m).

13 13 Základní vlastnosti atomů  Hmotnost elektronů je oproti hmotnosti jader velmi malá (cca 1300 krát menší).  Celkový záporný elektrický náboj elektronového obalu je přesně kompenzován kladným elektrickým nábojem atomového jádra.  Počet protonů v jádře atomu (protonové číslo) určuje jeho pořadí v periodickém systému prvků.

14 14 Atom He  Atom hélia - He, je složen z jádra tvořeného dvěma protony a dvěma neutrony a dvou elektronů.

15 Současný model atomu  Stav atomu určuje vlnová funkce  n l m s (r,t),  n l m s (r,t),  n, l, m, s jsou kvantová čísla,  chování atomu popisuje Schrödingerova rovnice. 15

16 16Atom  Z poznatků kvantové fyziky vyplývá, že polohu elektronu v atomu nelze určit přesně, můžeme udat pouze pravděpodobnost jeho výskytu v daném místě.

17 17 Ionty - ionizace  Dojde-li k odtržení jednoho či více elektronů z atomového obalu, hovoříme o ionizaci.  Ionizací vzniká kationt (kladně nabitý iont).  Při zachycení elektronu atomem vzniká naopak aniont (záporně nabitý iont).

18 18 Chemické vzorce a reakce  Chemické reakce zapisujeme jako sled stavů, které jsou odděleny šipkami, které vyjadřují směr změny stavů.  Příslušné stavy vyjadřujeme pomocí značek molekul doplněných o číslo udávající počet těchto molekul, které jsou odděleny symbolem (+).

19 19 Chemické vzorce a reakce Chemické vzorce a reakce Příklad: 2H 2 + O 2 → 2H 2 O, případně může děj pokračovat např. 2H 2 + O 2 → 2H 2 O → H 2 O + H + + OH -

20 20 Atomové jádro Atomové jádro  Je systém složený z určitého počtu protonů a libovolného počtu neutronů.  Proton - kladně nabitá částice, cca 10 3 těžší než elektron.  Neutron - neutrální částice, přibližně stejně těžký jako proton.  Nukleon - protony a neutrony, které jsou v jádře vázány jadernými silami (silná a slabá interakce).

21 21 Charakteristiky jádra  Protonové číslo Z - počet protonů v jádře, je rovný počtu elektronů v atomu.  Protonové číslo určuje pořadí daného prvku v periodickém systému prvků.  Nukleonové číslo A – celkový počet nukleonů v jádře. V jádru atomu daného prvku může být různý počet neutronů ( izotopy ), pokud se liší od určitého optimálního počtu, stává se jádro nestabilní a rozpadá se.

22 22 Charakteristiky jádra Charakteristiky jádra Hmotnostní úbytek  m  Hmotnost jádra se nerovná součtu hmotností jednotlivých nukleonů v jádře  Při vzniku jádra se část hmotnosti nukleonů transformuje na tzv. vazebnou energii E V  Podle Einsteinova vztahu mezi energií a hmotností platí  m = E V /c 2  m = E V /c 2

23 23 Značení jader Značení jader Nuklid – látka s jednoznačně určeným protonovým Z a nukleonovým A číslem X – značka prvku, N = A - Z – neutronové číslo, nepovinný údaj

24 24 Příklad značení jader

25 25 Značení jader Značení jader Izotopy – stejné Z, různé A Izotopy vodíku

26 26 Radioaktivita Radioaktivita Spontánní jaderná přeměna jádra radionuklidu (tzv. radioaktivní přeměna ), která je doprovázena Spontánní jaderná přeměna jádra radionuklidu (tzv. radioaktivní přeměna ), která je doprovázena  emisí radioaktivního záření ( ,  +,  -,  ),  záchytem elektronů,  emisí protonů nebo emisí fragmentů.

27 27 Radioaktivita Radioaktivita Historie  Radioaktivitu objevil v roce 1895 A. H. Becquerel při výzkumu fosforescence látek.  Zjistil, že některé látky vyzařovaly záření, které vyvolalo zčernání fotografické emulze.

28 28 Radioaktivita Radioaktivita Přirozená Radioaktivita přirozených (v přírodě se nacházejících) radionuklidů. Umělá Radioaktivita umělých (laboratorně připravených) radionuklidů.

29 29 Radioaktivní záření Radioaktivní záření  Záření emitované při radioaktivních přeměnách.  Mezi základní typy patří záření alfa, beta minus, beta plus a gama.  Záření obdobné podstaty je emitováno i při dalších jaderných procesech (např. jaderné reakce ) – hovoříme pak obecněji o jaderném záření.

30 30 Záření alfa Záření alfa  Představuje tok jader (označují se též jako částice  ) emitovaných jádrem při jaderných přeměnách. (označují se též jako částice  ) emitovaných jádrem při jaderných přeměnách.  Rychlost částic  při radioaktivních přeměnách se pohybuje okolo km/s.

31 31 Záření beta (minus a plus) Záření beta (minus a plus)  Představuje tok elektronů (neboli částic  - ), resp. pozitronů (neboli částic  +, kladně nabité antičástice elektronů) emitovaných jádrem při jaderných přeměnách.  Částice  emitované při radioaktivních přeměnách mají rychlosti asi km/s.

32 32 Záření gama  Představuje elektromagnetické záření o krátkých vlnových délkách (menších než 10 –10 m ) emitované při jaderných přeměnách  Jedná se o pronikavé záření.  Jedná se o pronikavé záření.

33 33 Radioaktivní přeměna Radioaktivní přeměna  Radioaktivní přeměna je náhodný proces.  Platí pro něj statistická zákonitost Z ákon radioaktivní přeměny, který charakterizuje veličina označovaná jako aktivita.

34 34 Aktivita Aktivita  Udává počet přeměn za sekundu, tj. charakterizuje rychlost přeměny.  Charakterizuje tedy počet částic emitovaných radioaktivním zářičem („intenzitu radioaktivního záření“).  Jednotkou aktivity je 1 becquerel (značka Bq, rozměr s -1 ), definovaná jako je 1 rozpad za 1 sekundu.  Starší jednotka curie, značka Ci, odpovídá 3, Bq.

35 35 Zákon radioaktivního rozpadu Zákon radioaktivního rozpadu Aktivita A je přímo úměrná počtu dosud nerozpadlých jader N daného radionuklidu - rozpadová konstanta daného radionuklidu. T 1/2 - poločas rozpadu, doba, za níž se přemění polovina počátečního počtu N(0) nepřeměněných jader. Platí T 1/2 = ln2/. - rozpadová konstanta daného radionuklidu. T 1/2 - poločas rozpadu, doba, za níž se přemění polovina počátečního počtu N(0) nepřeměněných jader. Platí T 1/2 = ln2/.

36 36 Zákon radioaktivního rozpadu Integrací zákona radioaktivního rozpadu získáme pro časovou závislost úbytku jader rozpadajícího se radionuklidu vztah N(t) = N(0) e - t N(0) počet jader radionuklidu v čase t = 0.

37 37 Příklady poločasu rozpadu Pro různé radioaktivní látky mohou nabývat značně rozdílných hodnot,

38 38 Jaderné reakce  Atomová jádra se mohou přeměňovat.  Děje se tak vnějším zásahem, zpravidla po zásahu nalétávající částicí.  Jádra mohou se slučovat nebo štěpit na jádra jiná. Kromě jader mohou vznikat i jiné částice.  Tyto procesy označujeme jako jaderné reakce.

39 39 Jaderné reakce  Jaderné reakce zapisujeme obdobným způsobem jako chemické reakce, jako sled jednotlivých stavů oddělených šipkami.  Každý stav popisují daná jádra a částice.

40 40 Jaderné reakce Jaderné reakce  Jádra atomu prvku značíme jeho chemickou značkou,  doplněnou vlevo nahoře nukleonovým číslem (vlevo dole se může uvést číslo protonové),  jiné částice než atomy mají své speciální značky.

41 41 Příklad jaderné reakce Příklad jaderné reakce  Slučování jádra vodíku s jádrem tritia  Rozpad deuteria  Rozpad  -


Stáhnout ppt "F YZIKÁLNÍ ASPEKTY ZÁTĚŽÍ ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ Stručný přehled fyzikální podstaty vybraných faktorů zatěžujících životní prostředí - ionizující záření,"

Podobné prezentace


Reklamy Google