Halveringstid med terningkast

21. januar 2014

Hensikt:
Illustrere halveringstiden til radioaktive stoffer ved bruk av terninger.

Utstyr: 
20 terninger
plastkopp

Beskrivelse:
Jeg kastet 20 terninger, fem runder. Første runde kastet jeg alle de 20 terningene, og fjernet alle sekserene jeg fikk. Jeg fortsatte videre med de resterende terningene (ikke-sekserene). Da jeg hadde kastet terningene 10 ganger, fortsatte jeg videre på de neste rundene (fem runder totalt). Jeg noterte ned hvor mange ikke-seksere jeg fikk for hvert kast, og førte det inn i tabellen nedenfor.

Teori:

Radioaktive stoffer sender ut usynlig, men energirik stråling. Årsaken til utsendingen av stråling er endringer i atomkjernene til det radioaktive stoffet. Så godt som hele massen til atomet er samlet i atomkjernen. Denne kjernen består av protoner (positiv ladde) og nøytroner (nøytralt ladde). Fellesnavnet for protoner og nøytroner er nukleoner (kjernepartikler). Elektronene kretser rundt kjernen.

Alle grunnstoffer har felles antall protoner i atomkjernen, men antall nøytroner varierer. På fagspråket sier man at grunnstoffene har forskjellige isotoper. For eksempel så har alle atomene i grunnstoffet Karbon (C) seks protoner i kjernen, og har derfor atomnummere seks. Noen karbonatomer har seks nøytroner i kjernen, noen har syv og noen har åtte. Karbon har derfor tre isotoper.

Noen isotoper kan være ustabile. For å bli stabile sender stoffet ut stråling, nemlig radioaktiv stråling. I alt finnes det tre ulike strålingstyper: alfa-, beta-, og gammastråling (navngitt etter de tre første bokstavene i det greske alfabetet). Alfastråling er heliumkjerner, og har lang bølgelengde. Da sender noen ustabile atomkjerner ut partikler som består av to nøytroner og to protoner. Når atomet sender ut alfastråling vil de helt nye atomkjernene inneholde to protoner mindre, og det blir dannet et nytt grunnstoff. Betastråling er elektroner. Et nøytron blir delt i et elektron og et proton, deretter forlater elektronet kjernen i stor fart. Gammastråling er energirike fotoner, der energien i fotonene er "overskuddsenergi" som atomene frigjør først etter utsendelse av alfa eller betastråling.

      
1. På hvilken måte kan terningkast brukes til å simulere halveringstiden til et radioaktivt stoff? 
2. Hvis vi tenker oss at terningene kastes en gang i minuttet, hvor lang tid er da halveringstiden?

1. Hvis terningene skal representere atomene og de radioaktive stoffene, kan vi få en forståelse for hvor stor sannsynlighet det er for at atom blir spaltet over en viss tidsperiode. Halveringstiden fra dette forsøket er et eksempel på hvordan nettopp denne spaltingen foregår. Halveringstiden er ikke lik på alle radioaktive stoffer, derfor kan ikke dette forsøket vise halveringstiden til alle radioaktive stoffer, da noen stoffer bruker lengre eller kortere tid enn andre stoffer.

2. Jeg leser av i tabellen jeg lagde at halveringstiden er ca. etter 4. kast. Hvis vi ser for oss at hvert kast varer et minutt, vil halveringstiden være ca. 4 minutter. Utgangspunktet var 100 terninger, etter ca. 4 min var antall terninger 51, altså så godt som halvert.

Konklusjon: 
Halveringstiden til et radioaktivt stoff avhenger av atomkjernenes spalting i løpet av et tidsrom. 6'erne jeg fikk da jeg slo terningene i dette forsøket illustrerer spaltingen av et radioaktivt stoff. Når 50 av de 100 terningene jeg kastet er seksere, symboliserer det at det radioaktive stoffet er halvert. Radioaktive stoffer spaltes forskjellig, noen har kortere halveringstid enn andre, fordi de spaltes lettere. Dette forsøket er dermed kun en modell for hvordan nedbryting av radioaktive stoffer kan foregå.

Feilkilder:
Eventuelle feilkilder kan være at jeg telte terningene feil, eller skrev feil i tabellen. Jeg var riktig nok nøye med opptelling og innføring, så jeg fikk ingen feilkilder.

Kilder: 
http://helenefnaturfag.blogspot.no/2012/12/halveringstid-med-terningkast.html
Naturfag 3 boken, kapittel 3 "radioaktivitet"

Stjernehimmelen

Hensikt: Observere stjernebilder og stjernens bevegelse på en stjerneklar kveld. Finne Karlsvogna, dobbeltstjernen Mizar og Alcor, Polarstjerna, Kassiopeia, Andromedagalaksen, Pegasus, Svanen, Orion, Betelgeuse, Rigel, Orions sverd, og Sirius på himmelen. Jeg gjorde forsøket 11. januar 2014 på Blefjell, i et tidsrom på 2 timer.

Teori/fakta:

En stjerne er en gasskule som gløder (består av hydrogen, helium og andre grunnstoffer), som får sin energi fra fusjonsprosessen (sammensmeltningsprosessen av atomene). Stjerner blir dannet i gasskyer i verdensrommet. Disse skyene består av hydrogen og gassen trekker seg sammen mot et senter på grunn av høy temperatur og høyt trykk. En sky kan føde flere stjerner. Hvis to stjerner har samme farge, men en lyser svakere enn den andre er den mest lyssterke stjernen den som er nærmest jorda. Dette var litt enkel teori om stjerner, jeg har flettet inn mer teori om selve forsøket i observasjonene mine.

Utstyrsliste:

•    Kamera
•   Kikkert/prismekikkert
•   Stativ
•    Varmt tøy
•     Stjerne-app på telefonen "star discovery" 

Fremgangsmåte/observasjoner:

Vi gikk ut midt på natten, og brukte mobilappen til å finne ut hvor vi skulle lete etter de forskjellige stjernebildene/stjernene. Det første stjernebildet jeg skulle finne var Karlsvogna, som ligger på den nordlige himmel. I nordiske områder kan Karl stamme fra ”kar”/mann, som igjen kan vise til den største mannen av dem alle, den norrønske guden Tor (med andre ord, Tors vogn). Karlsvogna er en del av stjernebildet Store Bjørn/Ursa Major, og består av syv stjerner det er enkelt å observere siden de er lyssterke. Den nest siste stjernen i hanken ser ut som en enkelstjerne, men er en dobbeltstjerne som heter Mizar og Alcor. Avstanden mellom disse stjernene er ca. 200 000 AU. 1 AU tilsvarer 150 millioner kilometer. 

Når man skal lære å finne stjernebilder på himmelen er det lurt å ta utgangspunkt i stjernebildene Karlsvogna og Orion, da Karlsvogna alltid er på den nordlige delen av himmelen, og er et stjernebilde de aller fleste vet hvordan ser ut.  Orion/Orions belte er også et kjent stjernebilde, men er ikke alltid like synlig. Orion er sør rundt midnatt i desember og på kvelden i februar/mars. I dette forsøket tok vi utgangspunkt i Karlsvogna for å finne frem til andre stjerner. En morsom opplysning er at alle stjernetegnene vi sier vi er født i finnes på stjernehimmelen, og blir kalt Dyrekretsen. Dette er morsomt å vite, men jeg skal ikke gå mer inn på nettopp dette i dette forsøket. Under ser du bilder av hvordan man kan bruke Karlsvogna og Orion som veiviser for å finne andre stjernebilder. 

I hvilken himmelretning stjernene er varierer i løpet av tidspunkt på året, tidspunkt på  døgnet, og hvilken breddegrad man observerer fra. For å beregne himmelretningen til stjerner kan man bruke et stjernehjul, eller ved hjelp av egne observasjoner slik jeg har gjort. Under ser du et bilde av et stjernehjul. 

En rett linje gjennom ”bakhjulene” Merak-Dubhe, finner vi Polarstjernen/Stella Polaris/Polaris. Polarstjernen er den stjernen som er nærmest himmelens nordpol. Den befinner seg alltid nord, så om du finner Polarstjernen vet du himmelretningene. En spektroskopisk trippelstjerne. Den klareste av stjernene har fått navnet Polaris A. Den andre blir kalt Polaris B (kan sees med stjernekikkert), mens den tredje stjernen nesten er umulig å se siden den er lyssvak og kretser tett med Polaris A. Polarstjernens avstand mot jorden er 430 lysår. 430 lysår er ca. 4,068x10^15 kilometer. Da ett lysår tilsvarer ca. 9,4 billioner kilometer. Under ser du et bilde av Polarstjernen. 

Jeg valgte meg et bestemt sted hvor jeg stod og observerte under hele forsøket, for å ikke få feilkilde i min plassering, i forhold til å finne ut hvordan stjernene forflyttet seg i løpet av to timer. Jeg gikk inn etter en liten stund med observasjon, og gikk ut igjen etter omtrent en time. Stjernene hadde da forflyttet seg. Polarstjernen og Karlsvogna var litt mer østover, siden jorden snurrer rundt sin egen akse. Stjernene i nord flyttet seg østover, mens de i Sør flyttet seg vestover. Det ble en slags sirkel stjernene forflyttet seg i. Det er jorda som beveger seg fra øst til vest, ikke stjernene.

Fra hanken i Karlsvogna til Polarstjerna og videre gjennom denne, finner man Kassiopeia, som ser ut som en skjev W.

Videre gjennom Kassiopeia kommer man til Andromedagalaksen, som er den eneste galaksen man kan se med det blotte øyet fra den nordlige halvkule.

Videre så vi etter stjernebildet Pegasus. Like over denne er Andromedagalaksen, man må bruke prismekikkert for å se denne. Galaksen ser ut som en tåkete dott. Den er 2,3 millioner lysår borte og inneholder omtrent 100 milliarder stjerner.

Deretter så vi etter stjernebildet Svanen. I dette stjernebildet ligger det et svart hull (kan ikke sees). På skrå fra Svanen ligger en lyssterk stjerne som heter Vega. Rundt denne stjerna er det observert gassplaneter, og det er mulig å finne jordliknende planeter der.

På vinteren kan man se stjernebildet Orion, som består av to stjerner som er kalt Betelgeuse og Rigel. Disse to stjernene har forskjellige farger. Årsaken til at de har forskjellige farger er temperaturen til stjernen og hvor langt unna stjernen er fra jorda. Betelgeuse er rød-gul, mens Rigel er blå-hvit. Når vi vet dette kan vi si at Betelgeuse har en temperatur på ca. 2500-4000 grader C, og Rigel 12.000-25.000 grader C. 

Under beltet er Orions sverd. Her blir det dannet stjerner nå.

Ned til venstre for Orion ser du Sirius. Sirius er himmelens mest lyssterke stjerne (bortsett fra sola). Noen planeter kan være mer lyssterke enn Sirius, men jeg så ikke disse planetene.

Feilkilder:

Kameraet fanget ikke opp stjernene, derfor har jeg brukt bilder fra internett. Det er ikke så lett å se fargene til Betelgeuse og Rigel, så det er mulig at jeg har sett feil. En mulig feilkilde er om jeg hadde stått på to forskjellige steder de gangene jeg observerte stjernehimmelens forskyving, men dette var jeg nøye med å unngå. Det kan hende at jeg har sett på feil stjernebilder/stjerner, da jeg ikke er så kjent med disse fra før av.

  

Konklusjon: Årsaken til at stjerner flytter på seg er at jorda konstant roterer rundt sin egen akse, i tillegg beveger stjernene og resten av universet seg. Man ser stjerner/stjernebilder forskjellig ut ifra hvor man står. Jorda roterer fra vest mot øst og da kan de se ut som at stjernebildene beveger seg fra øst mot vest. Når jorda roterer ser det som at stjernene bytter plasser, det er umulig for oss å kjenne at jorda roterer seg. Når jorda roterer forblir himmelpolene på samme sted, mens alle andre punkter ser ut til å rotere rundt dem.

Kilder:

http://snl.no/Karlsvognen

http://nordnorsk.vitensenter.no/himmel/stjerner/FinnFram.php

http://www.mn.uio.no/ibv/tjenester/kunnskap/plantefys/kjemi/dag.html

http://no.wikipedia.org/wiki/Himmelpol

Naturfag 3 boken, 1. opplag 2011

http://www.trolltur.no/karlsvogna.html