- •Мукашева Алия Кенжебековна
- •Тема 1 Магнитное поле в вакууме……………………………………
- •Учебно-методический комплекс «Физика – 2» предназначен для студентов заочно - дистанционного обучения для группы специальностей «Технические науки и технологии».
- •Тема 1. Магнитное поле в вакууме
- •Тема 2. Действие магнитного поля на токи и заряды
- •Тема 3. Магнитное поле в веществе
- •Тема 4. Явление электромагнитной индукции
- •Тема 5. Основы теории Максвелла для электромагнитного поля
- •Тема 6. Электромагнитные колебания и волны
- •Тема 7. Элементы геометрической и электронной оптики
- •Тема 8. Волновая оптика
- •Тема 9. Взаимодействие света с веществом
- •Тема 10. Квантовая природа излучения
- •Тема 11. Элементы квантовой механики
- •Тема 12. Теория атома водорода по Бору
- •Тема 13. Элементы квантовой статистики
- •Тема 14. Атомное ядро
- •Тема 15. Ядерные реакции
- •Лабораторная работа № 28 Определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли
- •Контрольные вопросы
- •Исследование свойств полупроводникового выпрямителя
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 39 Изучение последовательной цепи переменного тока
- •Теория метода
- •Лабораторная работа № 41 Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки
- •Контрольные вопросы
- •Определение концентрации водного раствора сахара поляриметром ц е л ь:изучить явление вращения плоскости поляризации п р и б о р ы:поляриметр, трубка с раствором сахара
- •Изучение поляризации света
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 47 снятие вольтамперной характеристики фотоэлемента
- •Зависимость силы тока от
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Тесты рубежного контроля 1
- •Тесты рубежного контроля 2
Тема 13. Элементы квантовой статистики
Квантовая статистика исследует системы, которые состоят из огромного числа частиц, подчиняющихся законам квантовой механики.
Пусть система состоит из N частиц. Состояние каждой частицы определяется координатами x,y,z и соответствующих проекций импульса px, py, pz - 6 координат. Для N частиц - 6 N координат – это 6 N – мерное пространство называется фазовым.
Квантовая статистика, как и классическая изучает идеальный газ, так как реальную систему в хорошем приближении можно считать идеальным газом.
Электроны и другие частицы, у которых Ls – спин частиц равно нечетному числу, т.е. с полуцелым спином – фермионы, и подчиняются статистике Ферми-Дирака. С нулевым или целым спином – бозоны и подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна.
Состояние системы невзаимодействующих частиц задается с помощью чисел заполнения Ni - числа, указывающие степень заполнения квантового состояния.
Для систем частиц, образованных бозонами Ni принимает любые целые числа 0,1,2….
Для систем частиц, образованных фермионами Ni принимает лишь два значения: 0 – для свободных состояний, 1 – для занятых состояний.
Сумма всех чисел заполнения должна быть равна числу частиц системы. Квантовая статистика позволяет подсчитать среднее число частиц в данном квантовом состоянии, т.е. определить <Ni> - среднее число заполнения.
Идеальный газ из бозонов – бозе – газ описывается квантовой статистикой Бозе-Эйнштейна.
Распределение бозонов по энергиям имеет вид
- распределение Бозе-Эйнштейна
где <Ni> - среднее число бозонов в квантовом состоянии с энергией Еi
k – постоянная Больцмана; Т – термодинамическая температура;
μ - химический потенциал, не зависит от энергии, а определяется только температурой и плотностью числа частиц. - так как иначе <Ni> отрицательное, что не имеет смысла.
Идеальный газ из фермионов – ферми – газ описывается распределением Ферми-Дирака.
Распределение фермионов по энергиям имеет вид
- распределение Ферми-Дирака
μ - может иметь положительное значение.
Если , то распределения Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака переходят в классическоераспределение Максвелла-Больцмана
Таким образом, при высоких температурах оба «квантовых» газа ведут себя подобно классическому газу.
Бозе-газ и ферми-газ – вырожденные газы, так как их поведение отличается от классического газа. Вырождение газов становится существенным при низких температурах и больших плотностях. Параметром вырождения является величина А. При , т.е. при малой степени вырождения, распределения Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака переходят в классическое распределение Максвелла-Больцмана.
Температура Т0, ниже которой отчетливо проявляются квантовые свойства идеального газа, обусловленные тождественностью частиц - температура вырождения. Если поведение газа описывается классическими законами.
Тема 14. Атомное ядро
Согласно теории Резерфорда, атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. Размеры ядра – 10-14-10-15м. Ядро состоит из протонов и нейтронов – нуклонов (лат. -ядро).
mp = 1,6726×10-27 кг mn - 1,6749×10-27 кг
mp >1836 m e mn >1839 m e
Общее число нуклонов в атомном ядре называется массовым числом А.
Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, где е-заряд протона, Z -зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента в таблице Менделеева.
- химический элемент, А - массовое число, Z – номер в таблице Менделеева (число протонов в ядре).
Так как атом нейтрален, то заряд ядра определяет и число электронов в атоме, конфигурацию электронных оболочек, величину и характер внутриатомного электрического поля.
Ядра, с одинаковым числом протонов Z в ядре, но разным числом нейтронов N называют изотопами.
А ядра с одинаковым массовым числом, но разным числом протонов Z называют изобарами.
Например: -водород; его изотопы - дейтерий, - тритий.
Ядра – изобары: , ,.
Радиус ядра определяется эмпирической формулой
где .
Атомные ядра характеризуются собственным моментом импульса(спином) имагнитным моментом.
Собственный момент импульса ядра– спин ядра складывается из спинов нуклонов и из орбитальных моментов импульса нуклонов.
- спин ядра
I - спиновое ядерное квантовое число I = 0, 1/2, 1, 3/2 ,…
Ядра с четными массовыми числами А имеют целые спиновое ядерное квантовое число I, с нечетными массовыми числами А - полуцелые спиновое ядерное квантовое число I.
Магнитный момент ядра
gЯ – ядерное гиромагнитное отношение.
Единицей магнитных моментов ядер служит ядерный магнетон
Атомные ядра являются устойчивыми образованиями, следовательно, в ядре между нуклонами существует определенная связь.
Энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи ядра
где - дефект массы ядра.
На эту величину уменьшается масса всех нуклонов при образовании из них атомного ядра.
Часто вместо энергии связи рассматривают удельную энергию связи - энергия связи, отнесенная к одному нуклону. Она характеризует устойчивость (прочность) атомных ядер. Чем больше удельная энергия связи , тем устойчивее ядро. Наиболее устойчивыми являются так называемые магические ядра, у которых число протонов или число нейтронов равно одному из магических чисел: 2,8,20,28,50,82,126. Особенно стабильны дважды магические ядра (их всего 5)
, , , ,.
Между нуклонами действуют особые для ядра силы, значительно превышающие кулоновские силы отталкивания между протонами. Они называются ядерными силами и относятся к классу сильных взаимодействий.
Основные свойства ядерных сил:
- ядерные силы – силы притяжения;
- ядерные силы – короткодействующие силы – их действие проявляется на расстоянии » 10-14 – 10-15 м;
- ядерным силам свойственно зарядовая независимость: ядерные силы, действующие между двумя протонами или двумя нейтронами, или между протоном и нейтроном одинаковы по величине;
- ядерным силам свойственно насыщение, т.е. каждый нуклон в ядре взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов;
- ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов;
- ядерные силы не являются центральными, т.е.действующими по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов.
Под радиоактивностью понимают способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц.
Радиоактивность подразделяется на естественную- наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе иискусственную- наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакции. Принципиального различия нет и законы радиоактивного распада одинаковы.
Радиоактивное излучение бывает трех типов: a, bиg- излучения.
a–излучение – поток ядер атомов гелияНе;
b - излучение – поток электронов;
g -излучение– электромагнитная волна с длиной волны < 1010м и вследствие этого обладает корпускулярными свойствами, т.е. является потоком
g- квантов – фотонов.
Под радиоактивным распадомпонимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, испытывающее, радиоактивный распад называетсяматеринским, возникающее ядро –дочерним..
-закон радиоактивного распада
где - начальное число нераспавшихся ядер (приt = 0);
N – число нераспавшихся ядер в момент времениt;
l- постоянная радиоактивного распада, знак «-» указывает, что общее число радиоактивных ядер в процессе распада уменьшается.
Интенсивностьпроцесса характеризуют:
- период полураспадаТ1/2– время, за которое исходное число радиоактивных ядер уменьшается вдвое
- среднее время жизнирадиоактивного ядраt
- активность нуклида– ядра
[бк] – беккерель
Внесистемная единица [ки] – кюри
Радиоактивный распад происходит в соответствии с правилом смещения.
для a- распада -- à
для b- распада -- à