Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

RnHbr6aaUaWv01

Ćwiczenie 1

Wskaż odkrycia, wynalazki, ważne wydarzenia, które miały miejsce przed narodzinami Lise Meitner, podczas jej życia oraz po jej śmierci.

telewizja satelitarna, pierwsza elektroniczna maszyna cyfrowa (komputer), lądowanie człowieka na Księżycu, pierwszy samolot pasażerski z silnikiem odrzutowym, maszyna do pisania, okręty o napędzie parowym

Wydarzenia i wynalazki przed narodzinami Lise Meitner
Wydarzenia i wynalazki w trakcie życia Lise Meitner
Wydarzenia i wynalazki po śmierci Lise Meitner

R10twvOXLefdx1

Ćwiczenie 2

Połącz nazwy instytucji naukowych, w których pracowała Lise Meitner z nazwiskami jej opiekunów lub współpracowników w tych instytucjach. Uniwersytet Wiedeński Możliwe odpowiedzi: 1. chemik jądrowy, laureat nagrody Nobla, 2. słynny fizyk zajmujący się termodynamiką, 3. kierowała tam wydziałem fizyki jądrowej, 4. fizyk teoretyk, laureat nagrody Nobla, 5. nie starała się tam o posadę, 6. nie otrzymała tam posady mimo starań, 7. nie istnieje taka instytucja naukowa Laboratorium Marii Skłodowskiej‑Curie Możliwe odpowiedzi: 1. chemik jądrowy, laureat nagrody Nobla, 2. słynny fizyk zajmujący się termodynamiką, 3. kierowała tam wydziałem fizyki jądrowej, 4. fizyk teoretyk, laureat nagrody Nobla, 5. nie starała się tam o posadę, 6. nie otrzymała tam posady mimo starań, 7. nie istnieje taka instytucja naukowa Uniwersytet Berliński Możliwe odpowiedzi: 1. chemik jądrowy, laureat nagrody Nobla, 2. słynny fizyk zajmujący się termodynamiką, 3. kierowała tam wydziałem fizyki jądrowej, 4. fizyk teoretyk, laureat nagrody Nobla, 5. nie starała się tam o posadę, 6. nie otrzymała tam posady mimo starań, 7. nie istnieje taka instytucja naukowa Instytutu Chemii im. Cesarza Wilhelma Możliwe odpowiedzi: 1. chemik jądrowy, laureat nagrody Nobla, 2. słynny fizyk zajmujący się termodynamiką, 3. kierowała tam wydziałem fizyki jądrowej, 4. fizyk teoretyk, laureat nagrody Nobla, 5. nie starała się tam o posadę, 6. nie otrzymała tam posady mimo starań, 7. nie istnieje taka instytucja naukowa Uniwersytet w Lejdzie Możliwe odpowiedzi: 1. chemik jądrowy, laureat nagrody Nobla, 2. słynny fizyk zajmujący się termodynamiką, 3. kierowała tam wydziałem fizyki jądrowej, 4. fizyk teoretyk, laureat nagrody Nobla, 5. nie starała się tam o posadę, 6. nie otrzymała tam posady mimo starań, 7. nie istnieje taka instytucja naukowa Królewski Instytut Technologii w Sztokholmie Możliwe odpowiedzi: 1. chemik jądrowy, laureat nagrody Nobla, 2. słynny fizyk zajmujący się termodynamiką, 3. kierowała tam wydziałem fizyki jądrowej, 4. fizyk teoretyk, laureat nagrody Nobla, 5. nie starała się tam o posadę, 6. nie otrzymała tam posady mimo starań, 7. nie istnieje taka instytucja naukowa Akademia Chemii Czystej i Stosowanej w Cambridge Możliwe odpowiedzi: 1. chemik jądrowy, laureat nagrody Nobla, 2. słynny fizyk zajmujący się termodynamiką, 3. kierowała tam wydziałem fizyki jądrowej, 4. fizyk teoretyk, laureat nagrody Nobla, 5. nie starała się tam o posadę, 6. nie otrzymała tam posady mimo starań, 7. nie istnieje taka instytucja naukowa

Połącz nazwy instytucji naukowych, w których pracowała Lise Meitner z krótkim opisem postaci jej opiekunów i współpracowników.

nie istnieje taka instytucja naukowa, nie starała się tam o posadę, chemik jądrowy, laureat nagrody Nobla, kierowała tam wydziałem fizyki jądrowej, słynny fizyk zajmujący się termodynamiką, nie otrzymała tam posady mimo starań, fizyk teoretyk, laureat nagrody Nobla

Uniwersytet Wiedeński
Laboratorium Marii Skłodowskiej‑Curie
Uniwersytet Berliński
Instytutu Chemii im. Cesarza Wilhelma
Uniwersytet w Lejdzie
Królewski Instytut Technologii w Sztokholmie
Akademia Chemii Czystej i Stosowanej w Cambridge

R9rK7f5t2uzEs1

Ćwiczenie 3

Wskaż właściwe uzupełnienia informacji opisujących zidentyfikowanie nowego izotopu pewnego pierwiastka.

Podczas trwania {#I Wojny Światowej} {interwencji państw Ententy w Rosji Radzieckiej} {II Wojny Światowej} Lise Meitner wraz z {Ludwigiem Boltzmannem} {#Otto Hahnem} {Maxem Planckiem} {Ernestem Rutherfordem} wyodrębniła {#promieniotwórczy} {warunkowo promieniotwórczy} {stabilny} izotop {aktynu} {#protaktynu} {prometu} {metaktynu}. Był to izotop tego pierwiastka o najdłuższym czasie połowicznego zaniku, rzędu 30.000 lat, o liczbie atomowej Z = {89} {90} {#91} {92} i liczbie masowej A = {230} {#231} {234} {238}.

Ćwiczenie 4

Rozpatrujemy układ dwóch ciał o masach M (umownie: ciało 1., o masie większej) i m (umownie: ciało 2., o masie mniejszej), początkowo spoczywających w niewielkiej odległości. W stanie początkowym w układzie zgromadzona jest energia E. Może to być energia potencjalna tych ciał lub ich energia wewnętrzna.

RnnaaEd3z7cYX

Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. Licencja: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.

Zakładamy, że energia ta zostaje zamieniona w całości w energię kinetyczną tych ciał. Gdy są one w tak dużej odległości, że ustaje oddziaływanie między nimi, mają końcowe prędkości $\vec{v_{1}}$ oraz $\vec{v_{2}}$ . Zgodnie z zasadą zachowania energii oraz zasadą zachowania pędu, wartości tych prędkości są jednoznacznie określone przez trzy wielkości: energię E oraz masy M i m. Oznacza to także, że ściśle określone są wartości energii kinetycznych tych ciał. Dane są one wzorami:

$E_{k 1} = E (\frac{m}{M + m})$

$E_{k 2} = E (\frac{M}{M + m})$

Wyprowadź powyższe wzory. Zapisz swoje rozumowanie i wynik w przygotowanym polu i porównaj z rozwiązaniem wzorcowym.

Uwaga! Proponowane wyprowadzenie może okazać się nieco trudne dla uczniów z zakresu podstawowego. Ale na pewno warto spróbować!

Zasada zachowania pędu wymaga, by końcowe pędy obu ciał miały jednakowe wartości i przeciwne zwroty:

$M \cdot \vec{v_{1}} = - m \cdot \vec{v_{2}} \Rightarrow M \cdot v_{1} = m \cdot v_{2}$ czyli $p_{1} = p_{2}$

Zasada zachowania energii wymaga, by suma energii kinetycznych ciał była równa początkowej energii układu:

EIndeks dolny k1 + EIndeks dolny k2 = E

Rozwiąż tak powstały układ równań.

Oznaczmy symbolem p wartość pędu każdego z ciał:

p = pIndeks dolny 1 = pIndeks dolny 2

Pędy te mają jednakową wartość, co wynika z zasady zachowania pędu). Wykorzystajmy ogólny związek $E_{k} = \frac{p^{2}}{2 m}$ i wstawmy go do drugiego z równań z podpowiedzi.

$\frac{p^{2}}{2 M} + \frac{p^{2}}{2 m} = E \Leftrightarrow \frac{p^{2}}{2} (\frac{1}{M} + \frac{1}{m}) = E \Leftrightarrow \frac{p^{2}}{2} (\frac{M + m}{M \cdot m}) = E \Leftrightarrow \frac{p^{2}}{2} = E (\frac{M \cdot m}{M + m})$

Możemy więc zapisać, że energia kinetyczna pierwszego ciała jest dana wyrażeniem:

$E_{k 1} = \frac{p^{2}}{2 M} = = E (\frac{M \cdot m}{M + m}) \cdot \frac{1}{M} = E (\frac{m}{M + m})$

Analogicznym wyrażeniem dana jest energia kinetyczna drugiego ciała:

$E_{k 2} = \frac{p^{2}}{2 m} = = E (\frac{M \cdot m}{M + m}) \cdot \frac{1}{m} = E (\frac{M}{M + m})$

Zwróć uwagę na ciekawą prawidłowość: ciało pierwsze (o większej masie) uzyskuje mniejszą energię kinetyczną niż ciało drugie.

R1ZZnuwBmrrbw1

Ćwiczenie 4

Zaznacz odpowiedź poprawną: Gdzie w dwa tysiące czternastym roku odsłonięto pomnik Lise Meitner?

w Berlinie
w Sztokholmie
w Wiedniu
w Londynie

R1CxNz9vgCBa11

Ćwiczenie 5

Odsłuchaj ponownie fragment audiobooka, w którym mowa jest o "Drugim temacie badań (…) Lise Meitner i Otto Hahna". Dotyczył on problemu energii kinetycznej cząstki β (elektronu) emitowanej w przemianie β jąder promieniotwórczych. Zapoznaj się także z opisem modelu rozpadu układu dwóch ciał o różnych masach, przedstawionym w poprzednim zadaniu 4.

Wskaż najbardziej trafny opis związku pomiędzy zagadnieniem emisji cząstki β a modelem rozpadu dwóch ciał.

W zasadzie nie ma żadnego związku, który warto byłoby wskazać. Jedyne podobieństwo to liczba ciał - dwa - opisanych w modelu i w zagadnieniu emisji cząstki β.
Emisję cząstki β przez jądro można traktować jak rozpad układu dwóch ciał, ale w odróżnieniu od układu abstrakcyjnych kulek w modelu, w procesach na poziomie jądra atomowego nie obowiązują zasady zachowania pędu i energii.
Model rozpadu układu dwóch ciał pozwalał oczekiwać, że w przemianie β jądra konkretnego promieniotwórczego izotopu energia kinetyczna wszystkich elektronów (ewentualnie pozytonów) będzie jednakowa. Gdy okazało się, że tak nie jest, postawiono hipotezę o trójciałowym charakterze przemiany β.
Model rozpadu układu dwóch ciał nie ma nic wspólnego z emisją cząstki β przez jądro. Wiadomo bowiem dzisiaj, że przemiana β jest zjawiskiem trójciałowym - polega na emisji z radioaktywnego jądra nie tylko elektronu (ewentualnie pozytonu), lecz także antyneutrina (ewentualnie neutrina).

RhwCG5aoEEUMP1

Ćwiczenie 6

W kilku miejscach w tekście i audiobooku pojawia się pojęcie "pierwiastki transuranowe" lub "transuranowce". Są to pierwiastki:

pochodzące z promieniotwórczego rozpadu uranu oraz z rozpadu produktów jego rozpadu.
należące do tzw. grupy uranowców, struktury w układzie okresowym analogicznej do grupy lantanowców, lecz późniejszej o jeden okres. Obejmuje ona pierwiastki od Z = 89 do Z = 105, z których większość była nieznana w czasach Meitner i Hahna.
o liczbach atomowych większych niż 92, czyli od liczby atomowej uranu; mogą one powstawać w wyniku wychwytu neutronu przez jądro ²³⁸U i późniejszych przemian β produktów tego wychwytu.
o liczbach atomowych rzędu 30 - 60 (okolice połowy 92, czyli liczby atomowej uranu); powstają one w wyniku wychwytu neutronu przez jądro ²³⁵U i późniejszego jego rozszczepienia na dwa fragmenty.

Wspólny tekst do zadań 7. i 8.

Pierwiastków transuranowych można poszukiwać w reakcjach, w których jądra $_{92}^{238} U$ są bombardowane różnymi cząstkami. Ogólny schemat takiej reakcji można zapisać jako:

s +_{92}^{238} U \to_{Z}^{A} X + p

gdzie s oznacza cząstkę bombardującą, zaś X oznacza jądro powstałe po jej wchłonięciu przez jądro uranu. Symbolem p oznaczono produkt (lub produkty) reakcji, takie jak foton czy neutrino, elektrycznie obojętne i nienależące do rodziny nukleonów.

Wybór cząstek bombardujących był uwarunkowany wieloma czynnikami. Po odkryciu protonu i neutronu oraz opracowaniu metod uzyskiwania strumieni tych cząstek, od połowy lat trzydziestych XX wieku dysponowano czterema takimi cząstkami: cząstka $\alpha$ , elektron, neutron i proton. Typowe źródła tych cząstek zapewniały im energie kinetyczne rzędu megaelektronowoltów.

R1AGEx1SEIKny1

Ćwiczenie 7

Przypisz te cztery cząstki do opisanych grup z punktu widzenia możliwości bezpośredniego uzyskania pierwiastka transuranowego w reakcji o podanym schemacie. Pomiń inne aspekty i kryteria wyboru.

α, n, e<sup>-</sup>, p

Reakcja wprowadzi w obszar pierwiastków transuranowych
Produktem reakcji będzie jądro uranu
Reakcja oddali od obszaru pierwiastków transuranowych

RUMwpY0AlDZWV1

Ćwiczenie 8

Uszereguj cztery cząstki z poprzedniego ćwiczenia z punktu widzenia łatwości dotarcia do brzegu jądra uranu i wniknięcia do jego środka. Przyjmij, że powłoka elektronowa atomu uranu nie stanowi istotnej przeszkody dla żadnej z nich ze względu na ich energię kinetyczną. Pomiń inne aspekty i kryteria wyboru.

RnakAQaQLMeBz2

Ćwiczenie 9

Odsłuchaj ponownie fragment audiobooka zawierający "słynne zdanie" z artykułu Hahna i Strassmanna z grudnia 1938 r. Mowa jest tam o dwóch trójkach pierwiastków i o konieczności - z punktu widzenia chemii - zamiany zestawu [rad; aktyn; tor] na zestaw [bar; lantan; cer]. Wskaż właściwe elementy zdań, streszczających istotę prowadzonych poszukiwań i analizy ich wyników: Eksperyment polegał na bombardowaniu uranu protonami neutronami cząstkami α. Według wyobrażeń i oczekiwań eksperymentatorów dojść miało do wyprodukowania nowego pierwiastka X w sekwencji reakcji:

n +_{92}^{238} U \to_{92}^{239} U + γ

_{92}^{239} U \to_{Z}^{A} X + e^{-} + ν

Nowy pierwiastek miałby wtedy liczbę atomową Z = 91 92 93 94, a powstały izotop liczbę masową A = 237 238 239 240. Uczeni wyobrażali sobie dalej, że w kilkuetapowej sekwencji przemian beta oraz przemian alfa pierwiastek X zamieni się w pierwiastki z pierwszego zestawu drugiego zestawu obu zestawów. Wykrycie tych pierwiastków miało właśnie świadczyć o przeprowadzeniu przez nich reakcji rozszczepienia uranu syntezy transuranowca syntezy termojądrowej zimnej syntezy jądrowej. Wykryli oni jednak pierwiastki z pierwszego zestawu drugiego zestawu jeszcze innego zestawu. Obecność tych właśnie nieoczekiwanych pierwiastków, "przecząca wszystkim dotychczasowym doświadczeniom w fizyce jądrowej", niezrozumiała dla Hahna i Strassmanna, została zinterpretowana przez Lise Meitner i Ottona Frischa jako efekt rozszczepienia uranu syntezy transuranowców syntezy termojądrowej zimnej syntezy jądrowej.

Eksperyment polegał na bombardowaniu uranu {protonami} {#neutronami} {cząstkami α}. Według wyobrażeń i oczekiwań eksperymentatorów dojść miało do wyprodukowania nowego pierwiastka X w sekwencji reakcji:
$n +_{92}^{238} U \to_{92}^{239} U + γ$
$_{92}^{239} U \to_{Z}^{A} X + e^{-} + ν$
Nowy pierwiastek miałby wtedy liczbę atomową Z = {91} {92} {#93} {94}, a powstały izotop liczbę masową A = {237} {238} {#239} {240}. Uczeni wyobrażali sobie dalej, że w kilkuetapowej sekwencji przemian beta oraz przemian alfa pierwiastek X zamieni się w pierwiastki z {#pierwszego zestawu} {drugiego zestawu} {obu zestawów}. Wykrycie tych pierwiastków miało właśnie świadczyć o przeprowadzeniu przez nich reakcji {rozszczepienia uranu} {#syntezy transuranowca} {syntezy termojądrowej} {zimnej syntezy jądrowej}. Wykryli oni jednak pierwiastki z {pierwszego zestawu} {#drugiego zestawu} {jeszcze innego zestawu}. Obecność tych właśnie nieoczekiwanych pierwiastków, "przecząca wszystkim dotychczasowym doświadczeniom w fizyce jądrowej", niezrozumiała dla Hahna i Strassmanna, została zinterpretowana przez Lise Meitner i Ottona Frischa jako efekt {#rozszczepienia uranu} {syntezy transuranowców} {syntezy termojądrowej} {zimnej syntezy jądrowej}.

Audiobook

Dla nauczyciela