Рентгеновское излучение.

-коротковолновое эл/магн. изл. (λ=10^-8-10^-12м).КПД не превышает 3%.

2 вида рентгеновского спектра:

1) Сплошные(тормозные) спектры:

Возникают за счёт резкого торможения е^- антикатод.

U₁₂₃. hν=eU. hc/λ_MIN=eU, λ_MIN=hc/eU. (коротковолновая граница сплошного рент. изл..

2) Линейчатые(характеристические спектры):

Одинаковы для данного хим. элемента; независимо от того, в какие соединения он входит. Это связано с тем, что происходит во внутренней оболочке атома.

Рентг. спектры состоят из разных серий (K,LM…). В серию объед. переходы на подуровни одной и той же оболочки. Отдельные линии в каждой серии обозначаются нижними греческими индексами.

Внешняя граница выбивает электрон из «К» оболоч. освободившееся место занимает электрон из «L» и ...

З-н Мозли: Квадратный корень из частоты рентген.

изл. прямопропорц. порядковому № хим. элемента

а=const, z-пор.№

Закон позволяет с помощью рент. изл. определить № данного элемента(для ядерной ф-ии).

Квантовые генераторы

Излучение кваната эл/магн. энергии , происходящее без внешних воздействий – спантанное.

Излучение кванта, происходящее под действием внешнего излучения – вынужденное.

Св-ва вынужденного изл: 1)совпадает по направлен. с вынуждающим 2) явл. когерентным 3) обладает малой расходимостью 4) обладает большой мощностью (использование лазера).

1960г. – рубиновый лазер.(работает в имп. режиме).

Для создания вынужденного изл. надо, чтобы часть атомов нах-сь в возб. сост. Такое сост. в-ва – инверсная заселённость энерг. уровней. Это сост. достиг. методом лазерной накачки.

Более простым и экономияным – полупров. лазер.

Угловое распределение плотности и боровские орбиты водородоподобных атомов.

S- орбиталь; m=0

p- орбиталь ; l=1 m=1, m=0

и m=-1

d- орбитали:

-потенциальная энергия взаим. атома с внешн. магн. полем. Т.к. «М» квантуется, то квантуется и U, значит энерг. ур-ни во внешнем поле будут расщепляться на мультиплеты. Расщепление на подуровни в магн. поле- эффект Зеемана. Расщепление в эл.- Штарка

Опыт Штерна, Герлаха: в опытах испльз. атомы в S сост. Взамод. С магн. полем должно было отсутствовать , но пучок расщ. на 2 части.

Электрон обл. собств. магн. моментом и связанным с ним собств. мех. моментом.(спином).

Модуль собств. спина-

Дисперсия света. Отличие дисперсионного и дифракционного спектров.

Дисперсией света называется зависимость фазовой скорости света в среде от его частоты. Эта зависимость легко обнаруживается, например при прохождении пучка белого цвета через призму. На экране, установленном за призмой, наблюдается радужная полоска, которая называется призматическим или дисперсионным спектром. Зависимость показателя преломления среды от частоты света нелинейная и немонотонная. Области значений, в которых с ростом частоты увеличивается также показатель преломления, соответсвуют нормальной дисперсии света (если наоборот - дисперсия аномальная).

Дифракция рентгеновских лучей.

Дифракцию рентгеновских лучей на кристаллах можно истолковать как результат интерференции рентгеновского излучения, зеркально отражающегося от систем параллельных плоскостей, которые проходят через узлы кристаллической решетки. Эти плоскости называются сетчатыми, или атомными, плоскостями кристалла(в кристалле дифракция объемная - т.е. трехмерная). Расстояние между двумя соседними сетчатыми плоскостями наз. межплоскостным расстоянием, а угол между падающим лучом и сетчатой плоскостью - углом скольжения.

Закон Брюстера. Получение поляризованных лучей.

Закон Брюстера : отраженный свет полностью линейно поляризован при угле падения i=iБр, удовлетворяющего условию tg(iБр) = n, где n - относительный показатель преломления отражающей свет среды.

Эффект Керра. Оптически активные среды.

Оптически изотропное прозрачное тело становится анизотропным( т.е. показатель преломления зависит от направления волны), если его подвергуть механической деформации. Эффектом Керра называется возникновение оптической анизотропии у прозрачного изотропного твердого, жидкого или газообразного диэлектрика при помещении его во внешнее электрич. поле. Под действием однородного эл. поля диэлектрик поляризуется и приобретает отические св-ва одноосного кристалла, оптическая ось к-рого совпадает по направлению с вектором Е напряженности поля.

Рассеяние света.

Рассеянием света наз. явление преобразования света веществом, сопровождающееся изменением направления распространения света и проявляющееся как несобственное свечение тела. Это свечение обусловлено вынужденными колебаниями электронов в атомах рассеивающей среды под действием падающего света. Рассеяние света происходит в оптически неоднородной среде, показатель преломления к-рой нерегулярно изменяется от точки к точки вследствие флуктуаций плотности среды (молекулярное или рэлеевское рассеяние) либо за счет присутствия в среде инородных малых частиц (рассеяние света в мутной среде).

Формула Релея-Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа.

Формула Рэлея-Джинса согласовалась с экспериментальными данными только в области малых частот. Кроме того из нее следовал абсурдный вывод о том, что при любой температуре энергитическая светимость абс. черн. тела и объемная плотность энергии равновесного излучения бесконечно велики. Этот результат к которому пришла классическая физика в задаче о спектральном распределении равновесного излучения, получил образное название "Ультрафиолетовая катастрофа".

Эффект Комптона.

Эффектом комптона наз. изменение длины волны рентгеновского излучения при его рассеянии веществом, содержащим легкие атомы. Эффект Комптона не удается объяснить на основе классической волновой теории света. Согласно квантовой теории, эффект Комптона является результатом упругого столкновения рентгеновского фотона со свободным или почти свободным электроном(с малой связью с ядром). При этом фотон передает электрону часть своей энергии и часть своего импульса в соответствиями с законами сохранения энергии и импульса. Если эл-н сильно связан с атомом, то при рассеянии на нем фотона последний передает энергию и импульс не электрону, а атому в целом.

Виды спектров. Формула Бальмера.

Совокупность частот, к-рые содержатся в излучении какого-либо в-ва, называется спектром испускания (Эмиссионым спектром) этого в-ва, а поглощаемых - спектром поглощения (адсорбционным спектром). 2. Светящиеся газы в атомном состоянии создают линейчатые спектры испускания, состоящие из отдельных узких спектральных линий. 3. Излучающие молекулы создают полосатые спектры испускания, в к-рых множество тесно расположенных спектральных линий образуют группы - полосы, разделенные темными промежутками. 4. Ракаленные твердые тела и жидкости создают непрерывный спектр испускания. Обращение спектральных линий испускания и поглощения : атомы данного хим. элемента поглощают те спектральные линии(частоты), к-рые они сами испускают. Формула Бальмера - It's so easy

Уравнение Шредингера. Физический смысл пси-функции.

Положение частицы в пространстве в данный момент времени определяется в квантовой механике заданием волновой функции (пси-функции). Волновая ф-я является основной характеристикой состояния микрообъектов (атомов, молекул и т.д.). Квадрат пси-функции есть плотность вероятности и задает вероятность пребывания частици в данной точке пространства. Уравнением Шредингера назыв. основное диффер. уравнение относительно волновой ф-ции. Оно определяет пси-функцию для микрочастиц, движущихся в силовом поле с потенциальной энергией U, со скоростью v<<c.

Решение уравнения Шредингера для свободной частицы.

Стандартные условия для стационарного уравнения Шредингера для энергии и моментов.

В случае, когда пси-функция не зависит от времени, она удовлетворяет стационарному уравнению Шредингера. Пси-функции удовлетворяющие этому уравнению Шредингера наз. собственными ф-ями. Они существуют лишь при определенных значениях енергии(собственные значения энергии). Совокупность собственных значений энергий образует энергетический спектр частицы.

Двойственность свойств микрочастиц.

По гипотезе де Бройля микрочастицы обладают двойственной природой. Они проявляют как волновые (дифракция, отражение, преломление, интерференция) св-ва, так и курпускулярные (фотоэффект, эффект Комптона, излучение тел)

Принцип неопределенности Гейзенберга.

Утверждение о том, что произведение неопределенностей значений двух сопряженных переменных не может быть по порядку величины меньше постоянной Планка, называется принципом неопределенности Гейзенберга. Соотношения неопределенностей накладывабт в квантовой механикеопределенные ограничения на возможности описания движения частицы по некоторой траэктории. Нельзя со 100 % точностью определить местоположение частицы. Частица не локализуется в пространстве.

Пространственная и временная когерентность

Ест. свет- обрывки синусоидальных волн разных частот.

Радиоакт-ю. или радиоакт. распадом наз. самопроизв. превр. атомных ядер одного элем. в ядра другого. Радиоакт. явл. все элем. с атомн. номером более 83.

Изотопы-это атомы, имеющ. одинак. заряд, но разл. массу. Все изотопы одного и того же эл. облад. одинак. хим. св-вами, но могут отлич. радиоактивн.

Альфа-распадом наз. самопроизв. распад ядра (X) на альфа-частицу (ядро атома гелия ₂He⁴) и ядро продукт (Y) по след. схеме” _ZX^A=₂He⁴+_Z-2Y^A-4, -лучи обл. наим. проник. способн.

Бета-распад-явление эл. -распада предст. собой превр. атомн. ядра (Х) путем испуск. эл. (е) по схеме: _ZX^A=_-1e⁰+_Z+1Y^A, проник. спос. -част. (эл.)выше, чем а-частиц.

Гамма-лучи-это жесткое электромагн. излуч оч. выс. частоты. Из-за выс. частоты у -лучей сильно выраж. квант. св-ва, и они ведут себя как поток частиц--квантов: -лучи обл. наиб. проник. способн.

Протоны и нейтроны: ядро сост. из нуклонов-положит. заряж. протонов (р) с массой 1836m_e, и нейтр. нейтронов (n) с массой 1839 m_e , где m_e-масса электрона. Число прот. в ядре равно заряду ядра Z и опред. атомный номер эл. в период. системе.

Энергия связи атомн. ядер-это эн., необх. для полного расщепл. ядра на отдельн. нуклоны. При образов. ядра из отдельн. нуклонов его энергия оказ. меньше суммарной Е нуклонов на Е связи.

Ядерная р-ция-проц. превр. атомн. ядер при взаим. с элементарн. частицами или друг с другом. Для осуществ. таких р-ций необх. сближ. ядер и частиц на расст. порядка 10^-15м (разм. ядра). В случае р-ции между ядрами треб. большая энергия для преод. их кулон. отталк. Эту энергию можно сообщ. ядрам с помощью ускорит. либо нагр. до оч. высоких темп.

Дел. ядер урана предст. собой особый вид ядерн. р-ций, при кот. ядро тяжелого эл. делится на две или реже 3-4 части с одноврем. испуск. 2-3-х нейтр., гамма-лучей и значит. выдел. энергии.

Ядерн. реактор-устройство, в кот. поддерж. управл. р-ция деления ядер. Основн. эл: -ядерн. горючее: U, Pu; -замедл. нейтронов (тяж. вода, графит) –теплонос. для вывода тепла –устр. для рег. скорости р-ции. Захват медл. нейтронов в сотни раз больше, чем быстрых.

Термояд. р-ции-это р-ции соед. легких атомн. ядер. Для соед. одноим. заряж. протонов необх. преод. кулон. силы, что возм.при достат. больших скор.

Строение атомного ядра

Состоит из протонов и неётронов.

Нуклоны- протоны + нейтроны. Нуклоны обл. собств. мех. моментом, значит и ядро обл. спином.

; I- внутр. квант. число

Изотопы- ядра с одинаковым числом протонов

Изотоны- ядра с одинаковым числом нейтронов

Изобары- ядра с одинаковым числом нуклнов

N=A-Z

Чётно-чётные ядра: (Z-ч, N-ч): I=0;

Чётно-нечётные:I=1/2,3/2,5/2,7/2,9/2.

Нечётно-нечётные: I=1,2,3,4,5,6,7.

Т.к. ядро обладает собств. мех. моментом, то оно обл. собств. магн. моментом

Т.к. магн. момент ядра взаимодействует с магн. полем каждого электрона, то энерг. уровни электронов расщ. Это наз-ся сверхтонной структурой спектральных линий.

∆m=Zmp+Nmn-mя - дефект массы

Есв=931,5∆m; Еуд=Есв/А

Есв- энергия, кот-ую необходимо затратить на разделение ядра на отд. нуклоны.

Особо прочными явл-ся ядра, число протонов или нуклонов которых=2,8,20,28,50,70,82,126.

Если число протонов и нейтронов одновременно равно этим числам(магическим) , то ядра наз-ся дважда магическими.( Всего 5: He(2.4),O(8.16),Ca(20.40),Ca(20.48),Pb(82.206).)

Ядерные силы – силы притяжения, действ. м/д нуклонами в ядре.

Св-ва ядерных сил: 1) не эл/магн. природы 2) самые интенсивные в природе 3) обл. зарядовой независимос. 4) короткодействующие 5) не центральные 6) св-во насыщения 7) зависят от взаимной ориентации спинов 8) силы обменного характера.

Модели ядра

1)Капельная модель:

Ядро уподобляется капли некой жидкости. Эта жидкость явл-ся заряженной и подч. квант. з-нам.

«+»:1. объясн. график Еуд=f (A). 2.позволяет объясн. радиоакт. распад и дел. тяж. ядер. 3.объясн. поляризацию ядер во внешнем поле.

«-» : 1. яд. силы- не силы яд. приближения 2. не объясн. магн. св-в 3. предполгает наличие 2-х жидкостей «прот» и «нейтр».

2) Оболочечная модель: протоны и нейтроны распред. по энерг. уровням. Уровни с бдизскими энергиями обр. оболочку. Заполнение протонных и нейтронных оболочек идёт аналогично заполнению атомных .

«+»: 1. Хорошо объясн. магические числа 2. позволяет объясн. магн. св-ва ядра.

Интерференция от тонких пленок.

Примером интерференции света, набдюдающейся в естественных условиях, может служить радужная окраска тонких пленок(мыльных пузырей, пленок нефти или масла на поверхности воды). Образование частично когерентных волн, инерферирующих при наложении, происходит в этом случае вследсвие отражения падающего на пленку света в верхней и нижней ее поверхности. Результат интерференции зависит от сдвига фаз, приобретаемого накладывающимися волнами в пленке и зависящего от их оптической разности хода - разность оптических длин пути волн. Оптической длиной пути света называется произведение геометрической длины пути, пройденного светом в среде, на показатель преломления этой среды. Применяют, к примеру, в оптике, накладывая пленки на линзы, для уменьшения потерь интенсивности света.

Применение интерференции.

Интерференцию применяют, например, для получения картины внутренних напряжений детали. При этом из прозрачного материала изготавливают точную копию детали. При приложении к детали внешних сил можно в местах деформации наблюдать интерференционную картину. Нанесение на линзы пленок для уменьшения потерь при прохождении света через объектив - наз. просветление оптики.

Прямолинейность распределения света согласно методу зон Френеля.

С помощью принципа Гюйгенса-Френеля можно обосновать с волновой точки зрения закон прямолинейного распространения света в однородной среде. Разобъем поверхность S на небольшие кольцевые участки - зоны Френеля. Колебания, возбуждаемые в точке М двумя соседними зонами противоположны по фазе, т.к. разность хода от сходственных точек этих зон до точки М равна половине длины волны. Следовательно, амлплитуда колебаний в точке М равна А=А1-А2+А3-А4+.., где Аi - амплитуда колебаний, возбуждаемых в точке М вторичными источниками, находящимися в пределах одной зоны. С увеличением i увеличивается и расстояние от зоны до точки М, и угол между нормалью к поверхности зоны и направлением в точку М. Поэтому, согласно принципу Гюйгенса-Френеля A1 > A2 > A3 .., а Ai = (Ai+1 + Ai-1)/2, следовательно амплитуда колебаний в точке М равна А = А1/2, т.е. результирующее действие всего открытого волнового фронта равно половине действия первой (центральной) зоны Френеля, радиус к-рой очень мал. Таким образом можно считать, что свет распространяется из S в M прямолинейно.

Дифракционная решетка.

Дифракционная решетка представляет собой систему из большого числа одинаковых по ширине и параллельных дркг другу щелей в экране, разделенных также одинаковыми по ширине непрозрачными промежутками. Сумма ширина одного прозрачного и непрозрачного промежутка называется постоянной или периодом дифракционной решетки.

Дифракция от щели.

Дифракцией света называется совокупность явлений, которые обусловлены волновой природой света и наблюдаются при его распространении в среде с резко выраженной оптической неоднородностью ( вблизи границ непрозрачных тел, в отверстиях экранов). В более узком смысле под дифракцией понимается огибание светом встречных препятствий, сравнимых с длиной волны. Различают два случая дифракции света : дифракцию Френеля(дифракция в сходящихся лучах) и дифракцию Фраунгофера(дифракция в параллельных лучах) - дифракция на щели.

Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса.

Свет наз. естественным или неполяризованным, если направление колебания вектора Е не является преимущественным. Свет называется частично поляризованным, если в нем имеется преимущественные направление колебания вектора Е. Частично поляриз. свет можно рассматривать как совокупность одновременно распространяющихся в одном и том же направлении естественного и линейно поляризованного света. Поляризацией света назыв. выл=деление линейно поляризованного света из естественного или частично поляризованного. Для этой цели используют поляризаторы. Их действие основывается на поляризации света при его отражении и преломлении на границе раздела двух сред, а также на явлениях линейного лучепреломления и дихроизма. То же устройство можно использовать в качестве анализаторов, т.е. для определения характера и степени поляризации света. Закон Малюса : Ia = Ip*cos²(a), где Ia и Ip интенсивности линейно поляризованного света, пропущенного анализатором и падающего на него. Угол а - между главной плоскостью поляризатора и плоскостью в к-рой изменяется Е.

Атом водорода по теории Бора.

Атом представляет собой положительно заряженное ядро. Электрон, движущийся вокруг него по круговой орбите, подчиняется второму закону Ньютона ma = Fk, где Fk - сила кулоновского притяжения к ядру, m - масса эл-на, a-центростреметильное ускорение. Для определения разрешенных орбит Бор ввел постулат - правило квантования : mVr = nh/2p, n=(1,2,..)

Поглощение света. Закон Бугера-Ламберта.

Поглощением света наз. явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе, происходящее вследствие преобразования энергии волны во внутреннюю энергию в-ва или в энергию вторичного излучения, имеющего другой спектральный состав и иные направления распространения. Поглощение света может вызывать нагревание в-ва, возбуждение и ионизацию атомов или молекул, фотохимические реакции. Поглощение света описывается законом Бугера-Ламберта, соглано к-рому интенсивность плоской волны монохроматического света уменьшается по мере прохождения через поглощающую среду по экспоненциальному закону : I = Io e^-a'x, где Iо и I - значения интенсивности света на входе и выходе из слоя среды толщиной x, а а' - натуральный показатель поглощения среды, который зависит от природы и состояния поглощающей среды и от длины волны света.

.Закон Стефана-Больцмана. Законы Вина.

Закон Стефана-Больцмана : энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры. Закон смещения Вина - при повышении температуры тела максимум испускательной способности абсол. черного тела смещается в сторону меньших длин волн - Y = b/T, где Y - длина волны, а b=0.029 м*К - постоянная Вина

.

Вывод формулы Планка по Эйнштейну.

В качестве теоретической модели абсолютно черного тела можно взять бесконечную систему гармонических осцилляторов со всевозможными общими частотами. Каждый из таких осцилляторов соответствует монохроматической компоненте черного излучения. Правильное выражение для средней энергии осциллятора удалось найти Планку путем введения квантовой гипотезы, совершенно чуждой классической физике - энергия осциллятора может принимать лишь определенные дискретные зачения, равные целому числу элементарных порций энергии - квантов энергии. Квант энергии ревен : Ео = hf, f - частота света, h - постоянная планка.

Опыт Боте.

Тонкая металлическая фольга помещалась между двумя газоразрядными счетчиками. Фольга освещалас слабым пучком рентгеновских лучей, под действием к-рых она сама становилась источником рентгеновских лучей(явление рентгеновской флуорисценции). Вследствие малой интенсивности первичного пучка кол-во квантов, испускаемых фольгой было невелико. При попадании на счетчик вторичных рентгеновских лучей с фольги, он срабатывал и приводил в действие особый механизм, делавший отметку на движущейся ленте. Если бы излучаемая энергия распространялась равномерно во все стороны, как это следует из волновых представлений, оба счетчика должны были бы срабатывать одновременно и отметки на ленте приходились бы одна против другойю В действительности наблюдалось совершенно беспорядочное расположение отметок, это можно объяснить только тем, что в отдельных процессах испускания возникают световые частицы, летящие то в одном, то в другом направлениях - фотоны.

Интерференция света

Согласно представлениям волновой теории , свет-это эл. магн. волна с дл. волн=380-780нм.

В большинстве опт. явлений имеет значение только эл. сост. эл.магн. волны, поэтому E(напряжение) – световой вектор

E=Emcos(w₀-kx+φ₀); I=I₁+I₂+2√I₁I₂ cos ∆φ.

1)max: ∆φ=+-2Пk, k=0,1,2,3,…

L1

S1 L=ln-опт. длина

P хода луча

S2 l2 ∆max=2k*λ/2

2) min; ∆φ=+-(2k-1)П ∆min=(2k-1)* λ/2

Элементарные частицы

Это частицы, нах-ся на самом глубоком уровне строения системы. К настоящему моменту =450. Многие из них- составные. Неделимые частицы – фундаментальные. Почти у всех частиц- античастицы.(отл. знаком к-либо из характер.). При взаимодействии частицы со своей анти…происходит аннигиляция(«уничтожение» частиц с обр. одного или неск. γ-квантов.

Элемент классиф. по массе покоя: 1гр.: фотоны(γ)

(m₀=0). 2гр. :лептоны 3гр..мезоны (пионы, хаоны(К), мезон(ή). 4гр. Барионы(протон, нейтрон, гиперон, гинерон, ).

3+4гр. – адроны (участв. в сильном взаимод.)

По совр. представл. Адроны состоят из кварков .

Кварки обл. дробным эл. зарядом. Не существ. в своб. сост. Всегда соед. м/д собой. Это-конфаймент. 6 кварков: U(up), d(down), c(charm), S(strange), b(beauty), t(top, true).

Совокупность хар-к кварка – аромат.

Виды радиоактивности.

1) Деление тяж. ядер 2) одно-и двупротонная (исрускание 1 или 2 протон ядром) 3) Альфа-распадом наз. самопроизв. распад ядра (X) на альфа-частицу (ядро атома гелия ₂He⁴) и ядро продукт (Y) по след. схеме” _ZX^A=₂He⁴+_Z-2Y^A-4, -лучи обл. наим. проник. способн. 4) Бета-распад-явление эл. -распада предст. собой превр. атомн. ядра (Х) путем испуск. эл. (е) по схеме: _ZX^A=_-1e⁰+_Z+1Y^A, проник. спос. -част. (эл.)выше, чем а-частиц. 5) Гамма-лучи-это жесткое электромагн. излуч оч. выс. частоты. Из-за выс. частоты у -лучей сильно выраж. квант. св-ва, и они ведут себя как поток частиц--квантов: -лучи обл. наиб. проник. способн..

Периодическая система Д. И. Менделеева.

В основе положено неск. принципов, один из кот. Признак неразличимости тождественных частиц.

Частицы с целым спином подчиняются квантовой статистике Б озе-Эйнштейна. Частицы с полуцелым спином подчин. квантовой статистике Ферми, Дирона, и наз-ся фермионами .

Принцип запрета Паули: В одном атоме не могут нах-ся 2 фермиона с одинак. набором квант. чисел

Z(n, l, ml, ms)=1 или 0.

Совокупность электронов с одинак. «n» обр. электронную оболочку (слой). Совокупность электронов с одинак. «n» и «l» обр. электронную подоболочку( подслой).

n

1

2

3

4

5

Слой

K

L

M

Z(n)=2n²

2

8

18

l

0

0

1

0

1

2

Подслой

1S

2s

2p

3s

3p

3d

Z(n,l)

2

2

6

2

6

10

При застраивании эл.оболочек должен выполн. принц. наименьшей энергии. Электрон занимает такое вакан. место , в к-ом его энергия будет наименьшей.

При построении переод. системы, элементы располагают в порядке возрастания заряда ядра. При этом № элемента указывает на число Протов и число в нейтральном атоме. Правило отбора: В атоме возможны только такие эл. переходы, при к-ых орб. квант. число изм. на 1, а магн. орб. или не изм. или также на 1.

Интерференция световых волн

Условия усиления и ослабления света.

Интерференция - устойчивое перераспределение интенсивности света при наложении когерентных волн.

.Интерференция Юнга. Зеркала и бипризма Френеля.

Юнг вырезал две дырки в светонепроницаемой пластине и наблюдал интерференцию от одного источника. (очень похоже на увеличенную дифракционную решетку). Бипризма состоит из двух одинаковых трехгранных призм, сложенных основаниями и изготовленных как одно целое. Преломляющие углы при верхней и нижних вершинах бипризмы очень малы. Свет от источника S преломляется в бипризме и распространяется за ней в виде двух систем волн, соответствующих когерентеым мнимым источникам света S1 и S2. Интерференция этих волн наблюдается в области их перекрытия на экране Э.

Методы получения интерфереционных картин

Метод Юнга, Зеркало Френеля, Бимпризма Френеля, Зеркало Ллойда, Билинза Бийе.

b= λl/d- ширина интер. полосы.

Принцип Гюйгенса-Френеля.

Принцип Гюйгенса - все точки поверхности, через котрорые проходит фронт волны в некоторый момент времени t, следует рассматривать как источники вторичных волн, а искомое положение фронта в момент времени t+dt совпадает с поверхностью, огибающей все вторичные волны. При этом считается, что в однородной среде вторичные волны излучаются только вперед, т.е. в направлениях, составляющих острые углы с внешней нормалью к фронту волны. Принцип Гюйгенса является чисто геометрическим. Он не указывает способа расчета амплитуды волны. Поэтому принцип Гюйгенса недостаточен для расчета закономерностей распространения световых волн. Приближенный метод решения этой задачи, являющийся развитием принципа Гюйгенса на Основе предложенной Френелем идеи о когерентности вторичных волн и их интерференции при наложении, называется принципом Гюйгенса-Френеля. Этот принцип можно выразить так : 1. при расчете световых колебаний источник можно заменить эквивалентной ему системой вторичных источников - малых участков dS любой замкнутой вспомагательной поверхности S, проведенной так, чтобы она охватывала источник. 2. Вторичные источники когерентны между собой и поэтому возбуждаемые ими волны интерферируют при наложении.

Применение поляризации.

Для телеуправления затемнения стекол в навороченых тачках и президентских дачах.

Виды излучения. Характеристики теплового излучения. Абсолютно черное тело.

Излучения - в зависимости от длины волны - Радиоволны, Оптическое излучение, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое, рентгеновсое и гамма излучение. Электромагнитное излучение, испускаемое в-вом и возникающее за счет его внутренней энергии называется тепловым. Оно зависит только от температуры и оптических св-в излучающего тела. Тепловое излучение - единственное, которое может находится в термодинамическом равновесии с веществом. Абсолютно черное тело - тело, которое полностью поглощает все падающее на него излучение независимо от направления падающего излучения, его спектрального состава и поляризации, ничего не отражая и не пропуская. Моделью может служить почти замкнутая полость (сфера) с небольшим отверстием. Это отверстие - а.ч.т.

Законы фотоэффекта. Формула Эйнштейна для фотоэффекта.

Фотоэффектом называют явление возникновения электронного облака над поверхностью в-ва под действием света. Фотоэффект безинерционен. Законы фотоэффекта были открыты Столетовым. 1-й закон : кол-во электронов, вырываемых светом из металла в единицу времени, прямо пропорционально интенсивности световой волны. 2-й закон : максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от интенсивности света. Если частота света меньше определенной для данного в-ва частоты, то фотоэффект не наблюдается(красная граница фотоэффекта). Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта : Е = hf - Aвых, где Е - максимальная кинетич. энергия эл-нов после вылета, Авых - работа выхода электрона, f - частота падающего света.

.Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца.

Постулаты Бора : 1.электроны могут находится на стационарных орбитах, на которых они не излучают. 2. В стациоенарном состоянии атома электрон квантованные значения момента импульса L = mvR; 3. При переходе с одной орбиты на другую электрон излучает/поглощает енергию.

Гипотеза де Бройля. Опыт Девисона. Опыт Фабриканта.

В 1924 г. Бройль выдвинул гипотезу, что дуализм не является особенностью одних только оптических явлений, но имеет универсальное значение. Допускается, что частицы наряду с курпускулярными св-ми имеют также и волновые, де Бройль перенес на случай частиц в-ва те же правила перехода от одной картины к другой, какие справедливы в случае света. По идее де Бройля, движение электрона или какой-либо другой частицы связано с волновым процессом, длина волны к-рого равна h/mv, m - масса частицы, v - ее скорость, h - постоянная Планка. Гипотеза подтвердилась опытами Девисона и Фабриканта. Девисон исследовал отражение электронов от монокристалла никеля. Узкий пучок моноэнергетических эл-нов направлялся на поверхность монористалла, сошлифованною перпендикулярно к большой диагонали кристалл. решетки. Отраженные электроны улавливались цилиндрическим электродом, присоед. к гальванометру. Интенсивность отраженного пучка оценивалась по силе тока, при этом варьировались скорость электронов и угол падения. Опыт Фабриканта - дифракция эл-на (пропускали по одиночке через прибор, промежуток времени между двумя последовательными прохождениями эл-нов через кристалл примерно в 30 000 раз превосходил время, затраченное на прохождение эл-ном на прохождение всего прибора).

Частица в потенциальной яме : квантование энергии.

Потенциальной ямой называется область пространства, в которой потенциальная энергия U частицы меньше некоторого значения Umax. Движение коллективизированных эл-нов в атоме рассматривается в классической электронной теории как движение в потенциальной яме, причем вне металла потенциальная энергия эл-на равна нулю, а внутри металла она отрицательна и численно равна работе выхода эл-на. Физические в-ны, которые могут принимать лишь определенные дискретные значения, называются квантованными. Собственные значения энергии W частицы в одномерной потенциальной яме бесконечной глубины : W = n²h²/2mL², где n=(1,2,..). Квантованные значения Wn называются уровнями энергии, а числа n - квантовыми числами.

Частица в потенциальной яме : вероятность нахождения.

Описывается стационарным уравнением Шредингера для частицы в потенциальной яме - Вероятность найти частицу вне потенциальной ямы равна нулю.

Туннельный эффект.

Туннельным эффектом называется прохождение частиц сквозь потенциальные барьеры(поле сил, действующих на частицу). Туннельный эффект является квантомеханическим эффектом, связанным с тем, что частицы обладают волновыми св-вами. Прозрачностью D потенциального барьера назыв. величина : D = Iпрох/Iпад, Iпрох - интенсивность волны де Бройля, прошедшей сквозь барьер, Iпад - падающей на барьер.

Атом водорода в квантов. механике

Результаты кантовой механики можно применить к отдельному атому водорода

а также для водородопод. систем.

Силовое поле отд. атома явл-ся центростремит. поэтому ур-ие Шрёдингера решать в сфер. системе координат.

- энергия электронных сост. в атоме. Формула совпадает с результатом Бора, но в этом случае, это просто следствие ур-ия Шрёдингера.

Квантовые числа: 1) Главное (n=1,2….) характеризует уровни энергии электрона

2) Побочное (l=0,1,2,3…(n-1)) квантует модуль орбит. момента имп. электрона:

;

3) Магнитное (m_E=) Оно квантует проекции вектора орб. момента на направление некой внешней оси.

С орб. моментом связан орб. магн. момент:

Если заданы n, l, m_e, то возм. 1 такое сос.

Если заданы n и l, то (2l+1) состояний

Если задано n, то n²

Главное квантовое число записывают заглавной арабской цифрой. Орбитальное- малыми лат. буквами.

Магнитное- правй верхний числовой инд

Квантовая физика штейн предложил,что энергия это рассеяние является упругимU=n/mr =…=(z_e²/4ПЕ_о)(1/Св-ва волновой функции:

передаётся и поглощается тагже т.е.выполняется закон сохране/n)=U₁ /n где U₁=e²/4ПE_oh= 1)Это комплексная функция ко-

1.Тепловое излучение-излуч.элеквантами w=W==hv–энения импульса и энергии = =2 10⁶м/с ординаты времени 2)Это ампли

ктромаг.волн с поверхности на-ргия кванта где h=6,625 10^-34Дж=₁-=с(1-ws) – сме- Е=W_K+Wp=(mU²/2)-(z_ee/4ПЕ_о r)туда вероятности нахождения

гретого тела(Т>0) =>все тела с => =h/2П=1,04 10^-34Дж с - щение длины волны при эф.Ком = mz²e⁴ _ ze²mze² микрочастиц в данном объёме

нагретые. приведённая постоян.Планка с=h/m_ec – длина волны Комп 16П²E_o²²r²2 4ПЕ_о4ПЕ_оr²3)Это нормированная функция

Св-ва:1.Тепл.излуч.материално Формула Планка тона=2,426 10^-12м. Эффект= _ mz²e⁴ 4)Это однозначная конечная и

(обладает энергией и массой) 2. f(w,T)=(w³ /4П²C²)(1/e^w/Kt-Комптона подтверждает нали- 32П²Е_о²r²² => и непрерывная функция 5)Пер-

Единственый вид излучения ко—1) где е(в степени) w/Kt чие у фотонов импульса. E =E₁ /n² где E₁=…=-13,6эВ вые производные от волновой

торое может находится в состо-Теоретич.формула Планка пол- 4. Давление света Е эВ функции по координатам и вре

янии термодинамического рав- ностью совпала с экспиремен- Прибор Лебедева мени должны быть непрерывн.

новесия с веществом. тальными данными. Результат изме- 6) II² должна быть интегр.

Спектральная плотность энер-Формулы классической физики нения Лебедева 3. Основные идеи квантовой

гетической светимости: могут быть получены из форму совпал со значе механики:

r(w,T)= л квантовой физ, в виде частн. нием светового давления полу- hv=Em-En=(E₁/m²)-(E₁/n²) => Соотношение неопределённос

Интеграль.энергетическая све-случая. ченной из теории Максвелла. Сериальная Бальмера: ти Гейзенберга: Произведение

тимость тела: Р_ф=hv/c; P-давление; Р=F_сила /\ v=(E₁/h)(1/m² – 1/n²) где E₁/h=неопределенностей значений 2

Rc= ; Rc=r(w,T)dw2.Фотоэлектрический эффект /S_{площадь} <= F=P_{импульс} /t = =R=3,29 10 ²⁵Гц – постоянная сапряжёных величин не может

 r(,T)= это изменение энергетич.состо-=dp/dt => P=dp/dts где dp= Редберта; v=(R/m² – R/n²)=быть меньше постояноя Планка

Спектральная поглощательная яния вещества под действием =dp_отр+ dp_пог=2р(hv/c)N+(1-p)( =T(m)-T(n) где T=R/n² –спект-ХРх > ;YРy > ;

способность а(w,T)=dФ_пад /dS падающего света:1)если свет паhv/c)N=(hvN/c)(2p+1-p)=(1+p)( ральный терм. ZРz > ; Et >

1)Если а=0 => не поглощает => дает на вещество и выбивает с hvN/c) Принц Ринца: Все линии излу- Принцип прочности в кванто

абсолютно белое тело его поверхности электроны, то P=(1+p)hvN / cdts=(1+p)(W/cs чения данного атома могут бытвой механике:На основании из

2)Если 0<a<1 => серое тело фотоэффект внешний 2)если dt)=(1+p)(E_c/c) где Е-энергетичполучены путём всех возмож- вестного состояния микрочасти

3)Если а=0=>абсолютно чёрноепод действием света валентныеосвещённость. ных комбинаций его термов цы в данный момент времени

тело(моделью АЧТ может слу- электроны отрываются от ато- Р=(1+р)(W/csdt) где cdt=l(рас- v=c/; 1/=V=(R/c)(1/m² – можно определить её состояние

жить маленькое отверстие в бо-мов и остаются в нутрии веще стояние проходимое светом) => -1/n²); Rл=R/c=1,097 10⁷м в последующие моменты вре-

льшой полости). тва,то фтоэф.внутренний(толь- Р=(1+р)(W/V)=(1+p)w Опыт Франка и Герца подтве-мени.

Законы теплового излучения: ко в полупроводниках и диэлек По современным представленирдили дискретный характер пог4. Уравнение Шрёдингера

1. Закон Кирхгофа: отношение триках. ям свет обладает корпускуляр-лащения энергии.Теория не объВ квантовой механике состоя-

спектральной плоскости энергеЗакон внешнего фотоэффектаволновым дуализмом, в одних яснила различную энтенсив- ние микрочастицы описывается

тической светимости тела,к его 1. Закон Столетова: фототок явлениях проявляются его вол-ность спектра.она использовалоеё волновой функцией. Волнов.

спектральной поглощающей насыщения прямопропорц.па- новые св-ва, в других явлениях классическое и квантовое пред-функц.входит в уравнения полу

способности является универса дающему на катод световому проявляются корпускулярные ставление.Она тагже не объяс- ченые Шр.,поэтому это уравне-

ль.функции температуры и незапотоку(при всех прочих =усло-св-ва. нила строение атома начиная с ние в квантовой мех.является

висит от природы тел. виях опыта). гелия. тем же самым,что и 2ой з.Нью-

r₁(w,T) = r₂(w,T) = r_n(w,T) 2. Max кинетическая энерг. вы- Физика атома и ядра 2.Корпускулярно волновой дуатона в класич.мех.

a(w,T) a₂(w,T) =… a_n(w,T)=битых электронов независит от лизм (-/2m)(²)+U=i(д

= r*(w,T) интенсивности света, а опреде- 1) Строение атома и кванто- Рф=h /=> _в=h/P –длина /дt) где i=1; U=U(x,y,z) потен-

a(w,T) = f(w,T) = r*(w,T) ляется только его частотой. ваяя механика: волн де Бройля циал энергия микрочастица во

физич.смысл: спектральноизлу-3.Для каждого вещ-ва катода су1. Теория атома Резенфорда Опытные подтверждения кор- внешнем силовом поле.Это ура

чательная способность АЧТ. ществует красная граница фото и Бора пускулярно волнового дуализма внение – обобщение опытных

2. Закон Стефана-Гольцмана: эффекта, т.е. min частота или 1)опыт Девиссона-Джермера фактов, теоретич. не выводят.

Re*=T ⁴ где -коэфиц.проmax длина волны при которой * p=mU-импульсДвижение свободной микроча

порциональности(=5,67 10^-8 Вт/фотоэффект ещё возможен. d Au Wк=mU²/2-ки-стицы в доль оси Х(U=0-свобо

/м²К⁴) ; Т_о-темпер.окруж.среды Фотоэффект объясняется с по- э нет.энерг.элек.дная частица):

а_Т-коэф.скорости чёрного тела мощью фотонной теории света.В центре атома находится мале I Wк=р²/2m => +(2mE/²) =0 => =

Re=a_TT ⁴; Re=a_T(T ⁴-T_o⁴) Фотон-квант света Wф=hv=hwнькое полржит.заряженое ядро; =>p=,/2mWк==Ae^{(в степени)}(-i/)(Et-PxX) Это

Пирометрия -определение тем-hv=Aв+(mUc²max /2) – Уравне- почти вся масса атома сосреда- ,/u =,/2m_eIuI уравнение описывает плоскую

пературы удалённых нагретых ние Эйнштейна для фотоэфек.точена в ядре, вокруг ядра, на 2dsin=kx => =2d sin/kмонохроматич.волну де Бройля

тел. f(,T)= r*(,T) зависит только от v – частоты значительном удаление враща- =0,165Hм; _в=h/P=0,167нН распростран.в доль оси х.Это со

-длина вол- mUc²max /2=hv-Aв=>mUc²ma / ются отрицательные электроны2)опыт Бибермана-Сушкина- ответствует одинаковой плот-

ны,которую при T₂ T₁ /2=0 => hv_o=Aв => v_o=Aв/h r_a ~10 ^-10м; r_Я ~10 ^-15м -Фабриканта: Изучили дифрак ности вероятности нахождения

ходится max фу v_o –красная граница фотоэфек. Постулаты Бора: цию электромагнит.пучков => микрочастицы в разных облас-

нкции Кирхг. 0 Применение фотоэффекта: 1)Атом может находится в осо-развитие электронографии. тях пространства.

3. Первый закон Вина(з.смещен)1)Фотоэлиментах 2)Фотоэлект-бых стационарных сост,в кото-…………………………………. 5. Микрочастица в потенци-

При увилич.темпер. АЧТ max роные приборы 3)Звуковое ки-рых он не излучает энергию По аналогии с механ.волнами альной яме

функции Кирхг.смещается в ко-но 4)Телевидиние 5)Солнечны 2)При переходе из одного состодвижение микрочастиц тагже U где l-ширина ямы

ротковолновую область. С₁ =батареи. яния в другое атом излучает должно описыватся некой вол- U=0 0<x<l; U=0

=где С₁-первая пост.Ви- Ав₁ Ав₁<Ав₂ ; n₁>n₂ или поглощает квант энергии новой функцией.Из опытов сле- 0 l x<0, x>0; U=

на С₁=2,90 10^-3мК При освещении в hv=Em-En дует,что в одних областях веро-Стационарное урав.Шрёдин-

4. r_max*(,T)=C₂T ³ где C₂=1,3 контакте 2ух полупроводников ятность обнаружения микрочасгера: ²+(2mE/²)(Е-U)

10^-5Вт/м³К⁵ возникает фотоЭДС >чем в других областях,т.к.ин- =0 где 2mE/²=k² => +k²

Вид функции Кирхгофа: 3. Эффект Комптона Правило квантования электро-тенсивность волны пропорцион=0 { 0<X<l =>-1

f(w,T) -Реле и Джинс парафин ных орбит:электрон в атоме мо квадрату её амплитуды, то в {X<0, X>l => =0

-опыт жет двигатся только по таким этих областях интенсивность (0)= (l)=0

орбитам на которых его моментволн де Бройля также больше. (x)=iAsin(kx+d), где (0)=

Формула Реле и Джинса: При рассеивании рентгеновск. импульса кратен постоян.План-(она определяет плотность ве- = iAsind => d=0

f(w,T)=(w/4П²С²)КТ излучения на лёгко/углеводоро-ка. mUr_n=n n=1,2,3…. роятности нахождения микро- (l)=iAsin(kl+d)

Расхождение формулы Р.иД.с дных соединениях происходит n - главное квантовое число частицы в данной области). K²=(П²n²)/c² => 2mE = П²n²

опытом в области высоких час-изменение длины волны(излуче Fy=F_K  mU²/r=ez_e /4ПЕ_о r² Плотность вероятности f(V)= ² l²

тот называют “Ультрофеолетоние).Это изменение зависит от => U= n/mr …………………=dp/dV=I (x,y,z,t)I² где E = П²n²² Энергия микрочас

вой катастрофой”. => Планк угла рассеяния.При эфекте Ком радиус электронной орбиты: -волновая функц.микрочастиц 2m l² тицы в бесконеч-

предложил,что энергия излуча-птона происходит рассеяние фо r_n=(² 4ПE_o /mz_e²)(n²)=r₁ n ² Волны де Бройля-волны вероят но глубокой яме.

ется не непрерывно,а отдельны тонов на практически свобод- где r₁=53,1Пм ности.

ми порциями – квантами. А Энных внешних электронах атома

Прохождение микрочас.через 9.Оптические квантовые гене

потенциальный барьер: раторы (лазеры):

U=0 U₀ Ширина l ; Ет Изучение кванта

l Высота U₀ hv электромаг/энерг.

0 x происходящие без

на границе обл.волны де Броля En вне шних воздей-

частично отражаются,частично ствий называется спонтанным

проходят через потенц/барьер –(самопроизвольное)

это противоречит представлени hv Em Излуч.кванта про

ям классич.механ.Даже частица hv hv исходящее под

с энерг.E<U₀ имеет вероятность En действием внеш-

пройти,такое явление называет-него излучения называется вы-

ся туннельным эффектом. нужденым(индукцированным).

I-интенсивность волн де Броля Рубиновый лазер:

Д=I_прох/I_под –коэф.прозрачности

6. Атом водорода в квант/мех.

Результаты квант/мех.можно

применить к отдельному атому

водорода,а также для атомоводоОн работает в импульсном ре-

родных систем. жиме. Для того, чтобы создать

Потенциал.энерг.притяжения: вынужденное излучение необ-

U=-(Zl²)/4ПE_o r² Силовое полеходимо,чтобы большая часть

отдельного атома является центатомов находилась в нормаль-

ральносиметрич.=>ур.Шрёд.удоном состоянии.Такое состоян.

бно решать не в прямоуг.системвещ-ва назыв.инверсной заселё

а в сферической. Решая Ур.Шр.ностью энергетических уров-

z в сферич.сист.мож-ней.Данное состояние получ.ме

р М но получить собств.тадом лазерной накачки.

0 у значения энергии Более простыми и экономичны-

электрона в атоме ми являются Российские полу-

х водорода. Е =_ z²me⁴ 1 проводниковые лазеры.

энергия 32П²Е₀²² n² 10. Строение атомного ядра

электронных состоян.в атоме Ядро состоит из протонов и

Квантовые числа: нейтронов.

1)Главное кван.число n=1,2.. q_P=c=1,60 10^-12Кл;

(определяет уровень энерг.элек т_Р=1,612 10^-27кг=1,00728а.е.м.

трона => атома) 2)Побочное m_n=1,675 10^-27кг=1,00867а.е.м.

квантовое число l=0,1,2,3…n-1 1а.е.м.=1,66 10^-27кг

Орбитальное кван.чис.квантуетНуклоны обладают собственым

модуль орбитального момента механическим моментом=>яд

импульса электрона L=mUr ро также обладает спином

3)Магнитное квантовое число L_Я =,/I(I+1)

ml=+0;+1;+2…+l (оно кванту-Классификация по спинам:

ет проекции вектора орбиталь- N=A-Z => ¹⁷₈O: N=17-8=9

ного момента импульса электро1)Чётно-чётное ядро(Z-чётн,N-

на на направление некой внеш- -чётное) I=0 (I-спин)

ней оси). 2)У чётно-нечёт.и нечёт-чёт.яд.

7. Периодическая система М. I=1/2;3/2;5/2;7/2;9/2

В её основу положено несколко3)Нечёт-нечёт.ядра I=1,2,3,4,5,

принципов,один из них – прин-6,7

цип неразличимости тождес Т.к.ядро обладает собственым

твенных частиц.Частицы с це магнитным моментом М_Я =

лым спином подчиняются кван =+ qL_Я; М_Ядер=e/Lmp=5,05

товой статистики Бозе-Эйншт.и 10^-27Дж/Тл

называются безонами(фотон,пи

мезон).Частицы с полученным

спином(электрон)подчиняются

квантовой статистики Ферми –

-Дирака и назыв.фермионами.

При построении периодич.сист.

элименты распологают в поряд

ке возростания заряда ядра,при

этом номер элимента указывает

на число протонов в ядре и чис

ло электронов в нейтральном

атоме.

8. Рентгеновское излучение

Это коротковолновое элек/маг.

излучение с длинами волн в ди

апазоне =10^-8…10^-12м

Различают 2вида рент.спект-

ров:

1)Сплошные(тормозной спектр)

возникают за счёт резкого тор-

можения электронов антикото-

дом.Коротквол.граница сплош-

ного рент.излуч. _min=hc/eU

2)Линейные(характеристичес-

кие):они одинаковы для даного

хим.элим.независимо от того в

какие соединения они входят,

это связано с тем, что происхо-

дит во внутренних оболочках

атома.

Рент/спек.состоят из отдельных

серий(К,А,М,N,О…)В серию об

единяются переходы на подуро

вни одной и тойже оболочки.

Отдельные линии