Фотоэффект құбылысының пайда болу шарты

(13.2)

А – электрондардың шығу жұмысы.

немесе (13.3)

Жиілік немесе толқын ұзындығы - фотоэффекттің қызыл шекарасы.

Боте тәжірибесі. Фотондар туралы ұғым. Фотонның энергиясы және импульсы. Фотонның тыныштық күйдегі массасы.

14 Лекция. Комптон эффекті.

14.1. Негізгі ұғымдар.

14.2. Комптондық толқын ұзындық.

14.3. Толқын ұзындықтың өзгерісі.

Комптон эффекті (1923 г.). А. Комптон рентген сәулелерінің әр түрлі заттардан шашырауын зерттеп, шашыраған сәулелердің ішінде бастапқы толқын ұзындығы сәулелерімен қатар толқын ұзындықтары үлкенірек сәулелер бар екенін анықтады:

(14.1)

бастапқы сәуле бағыты мен шашыраған сәулелердің бағыттарының арасындағы бұрыш. Сонымен -айырымы толқын ұзындығына және заттардың табиғатына байланысты болмай шыққан. 14.1-суретте тәжірибе схемасы көрсетілген. 14.2-суретте монохроматты (сыйпаттамалық) молибденнің сәулелерінің (сызығы) графиттен шашыраған рентген сәулелерін зерттеу кезінде алған нәтижелер көрсетіл-ген. а қисығы бастапқы сәулені сыйпаттайды. Қалған қисық сызықтар әр түрлі шашырау бұрыштарына арналған, олардың мәндері суретте көрсетілген. Ордината өсі бойымен сәуле интенсивтілігі салынған, ал абсциссада -толқын ұзындығы.

Комптон эффектінің ерекшіліктерін шашырауды рентген фотондарының іс жүзінде еркін электрондармен серпімді қақтығысу процесі ретінде қарастырып түсіндіруге болады. Егер тыныштық күйдегі еркін электронға энергиясы және импульсы к фотон түссе (31 сур.), онда энергияның және импульстің сақталу заңдарын қолдана отырып, келесі өрнекті алуға болатынын көрсетуге болады:

(14.2)

мұндағы

(14.3)

(14.3) комптонның толқын ұзындығы деп аталады. өрнегімен анықталған электоронның комптондық толқын ұзындығының мәні

.Егер мәнін (14.2) формулаға қойса, онда Комптонның өлшеуден алған нәтижелері және кейінгі өлшеулердің бәрі сол формуланың нәтижесіне әбден сәйкес келеді.

15 Лекция. Атомның құрылысы және оның спектрлері

15.1. Атомдық спектрдегі заңдылықтар

15.2. Сызықтық спектрлер

15.3. Томсон атомының модельдері

15.4. Бор постулаттары

Атомдық спектрлердегі заңдылықтар. Сызықтық спектрлер. Бальмер (1885 г.) – атомдағы спектр сызықтары группалар құрайды- оларды спектрлік сызықтар сериялары деп атайды. Сутегі атомының спектрінің барлық сызықтарының жиіліктерін келесі формуламен өрнектеуге болады:

(15.1)

R – Ридберг тұрақтысы , n –бүтін сан, m саны берілген болса, m + 1 санынан бастап барлық бүтін сандарға иеленеді, m = 1 – Лайман сериясы, m = 2 – Бальмер сериясы және басқалар ( 32- сурет).

Томсон атомының моделі (1903 г.) Атомның мөлшерін бағалау. Резерфорд тәжірибесі. Атомның ядролық моделі (1911 г.) Ядроның мөлшерін бағалау. Бор постулаттары. (1913 г.). Атомның ядролық моделі классикалық механика және электродинамика заңдарымен қосылып не атомның, не атомдық спектрлердің заңдылықтарын түсіндіре алмады. Мұндай қиын жағдайдан шығу жолын Дания физигі Н.Бор көрсете білді, бірақ, бұл жол классикалық физика қағидаларына қайшы келді. Бордың екі постулаты:

1. Электрондар ядро айналасында дискреттік стационарлық орбиталар бойымен қозғалады, осындай орбиталарда қозғалғанда сәуле шығарылмайды.

2. Электрондар бір стационарлық орбитадан екінші стационарлық орбитаға ауысқанда сәулелер -энергия кванты түрінде шығарылады немесе жұтылады

(15.2)

Франк – Герц тәжірибесі (1914 г.). 15.2 суретте тәжірибе

15.2-сурет

схемасы көрсетілген. I- сынап парымен толтырылған үшэлектродты лампаның вольтамперлік сыйпаттамасы (15.3-сур.). Токтың максимумдары сетка потенциалының келесі U мәндерінде пайда

болатыны көрініп тұр. Франк – Герц тәжірибесін атомдардың энергия

деңгейлерінің тек қана дискретті болатыны арқылы түсіндіруге болады.

Шеңберлік орбиталардың квантталу ережесі.

Фазалық жазықтықта квантталу ережесін келесі түрде алуға болатынын көрсетуге болады

(15.3)

p – гармониялық осциллятор импульсы, ал q – оның координаты. Импульс моментінің М квантталу шарты мына түрде жазылады:

М = n (15.4)

Барлық орбиталардың ішінде импульс моменті Планк тұрақтысына бүтін еселі болатын электрон орбиталары ғана болуы мүмкін.

Сутегі атомының элементарлық Бор теориясы. Бор теориясы болатын орбиталар радиустарының өрнегін алуға мүмкіндік берді, яғни, дискретті орбиталар радиустары келесі формуламен анықталады:

, ( n = 1, 2, 3, …). (15.5)

n – негізгі кванттық сан деп аталады. Атомның ішкі энергиясының мүмкін мәндерінің формуласы: (n = 1, 2, 3, …) (15.6) (15.6) формуласымен анықталатын энргия деңгейлерінің схемасы (8.4) суретте көрсетілген.

Сутегі атомы (Z = 1) n күйден m күйіне ауысқанда фотон шығарылады

. (15.7)

Шығарылған сәуле жиілігі мына өрнекке тең:

. (15.8)

Бұл формула Бальмердің жалпылама формуласына (8.1) сәйкес келеді, Ридберг тұрақтысының R мәні былай анықталатынын айта кету керек

. (15.9)

Бұл өрнекке шамаларының сандық мәнін қойғанда, оның нәтижесі Ридберг тұрақтысының тәжірибелік нәтижесіне өте дәл сәйкес келгенін атап өткен жөн.

Бор теориясының жетістіктері мен кемшіліктері. Бор теориясын – атом теориясын дамытудағы жасалған үлкен қадам деп қарастыру керек. Ол классикалық физиканың атомның ішкі құбылыстарына қолдануға болмайтынын және микрооблыстарда кванттық заңдардың негізгі орын алатынын көрсетті.

Бірақ, Бор теориясын сутегі атомынан кейінгі ең қарапайым атомдардың бірі -гелий атомына қолданған кезде, оның кемшіліктері көрініп-ақ қалды. Өйткені Бор теориясы жартылай классикалық , жартылай кванттық теория еді.