- •1. Закономірність в атомних спектрах
- •Закономірності в атомних спектрах.
- •Моделі атома Томсона і Резерфорда.
- •Постулати Бора.
- •Досліди Франка і Герца.
- •Правило квантування колових орбіт.
- •Елементарна борівська теорія водневого атома.
- •1. Гіпотеза де Бройля, хвильові властивості мікрочастинок
- •2. Принципи невизначеностей Гейзенберга
- •Гіпотеза де Бройля, хвильові властивості мікрочастинок.
- •Принцип невизначеності Гейзенберга.
- •Фізичний зміст і властивості хвильової функції «псі».
- •Зв'язок рівняння Шредінгера з хвильовим рівнянням.
- •1. Рух вільної мікрочастинки
- •3. Квантова теорія водневого атома
- •Рух вільної мікрочастинки.
- •6.2. Рух мікрочастинки в одновимірній «потенціальній ямі». Тунельний ефект.
- •Квантова теорія водневого атома.
- •1. Спектри лужних металів.
- •4. Рентгенівські спектри.
- •Спектри лужних металів
- •Механічний і магнітний моменти. Нормальний ефект Зеємана
- •Досліди Штерна і Герлаха. Мультиплетність спектрів
- •Рентгенівські спектри
- •Принцип Паулі. Розподіл електронів в атомі по енергетичних рівнях.
- •Досліди Штерна і Герлаха
- •Принцип Паулі. Розподіл електронів в атомі по енергетичних рівнях
- •Періодична система елементів д.І. Менделєєва
- •Комбінаційне розсіювання
- •Оптичні квантові генератори (лазери).
- •Вимушене випромінювання.
Міністерство освіти і науки України
Національний технічний університет України «КПІ»
Фізико-математичний факультет
Кафедра загальної фізики та фізики твердого тіла
Методичні вказівки
для самостійної підготовки та вивчення дисципліни фізика
розділ: «Атомна фізика»
для студентів факультетів: біотехнології та хіміко-технологічного
Напрям підготовки: 6.051401 «Біотехнологія»
6.051301 «Хімічна технологія»
Київ – 2014
Зміст
Частина 2. Борівська теорія водневого атома
Лекція 3. Борівська теорія водневого атома
-
Закономірність в атомних спектрах ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙5
-
Моделі атома Томсона і Резерфорда ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙7
-
Постулати Бора∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙9
-
Досліди Франка і Герца ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙10
-
Правила квантування колових орбіт ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙12
-
Елементарна борівська теорія водневого атома ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙14
Частина 3. Квантова теорія атома і молекули
Лекція 4. Хвильові властивості мікрочастинок
-
Гіпотеза де Бройля, хвильові властивості мікрочастинок ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙19
-
Принципи невизначеностей Гейзенберга∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙21
Лекція 5. Рівняння Шредінгера
-
Рівняння Шредінгера ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙25
-
Фізичний зміст і властивості хвильової функції «псі» ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙26
-
Зв'язок рівняння Шредінгера з хвильовим рівнянням ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙28
Лекція 6. Розгляд стану руху мікрочасток на підставі рівняння Шредінгера
-
Рух вільної мікрочастинки ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙30
-
Рух мікрочастинки в одномірній «потенціальній ямі». Тунельний ефект ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙31
-
Квантова теорія водневого атома ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙33
Лекція 7. Спектри багато електронних атомів
-
Спектри лужних металів ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙38
-
Механічний і магнітний моменти атома. Нормальний ефект Зеємана∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙40
-
Мультиплетність спектрів, спін електрона ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙42
-
Рентгенівські спектри ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙44
Лекція 8. Будова багато електронних атомів
-
Досліди Штерна і Герлаха ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙48
-
Принцип Паулі. Розподіл електронів в атомі по енергетичних рівнях ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙50
-
Періодична система Д.І. Менделєєва ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙52
Лекція 9. Будова молекули
-
Енергія молекули. Молекулярні спектри ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙56
-
Комбінаційне розсіювання світла ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙58
-
Оптичні квантові генератори (лазери) ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙61
-
Вимушене випромінювання ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙64
Всім!!!! Хто знайде помилки при наборі і вкаже на них отримає додатково до рейтингу 5 балів.
Частина 2.
Лекція 3
Тема: "Борівська теорія водневого атома "
Питання лекції:
1. Закономірність в атомних спектрах
2. Моделі атома Томсона і Резерфорда
3. Постулати Бора
4. Досліди Франка і Герца
5. Правила квантування колових орбіт
6. Елементарна борівська теорія водневого атома
-
Закономірності в атомних спектрах.
Спектри випромінювання, що випускаються одноатомними парами і газами, є лінійчатими, тобто складаються з окремих спектральних ліній або груп декількох близько розташованих ліній. Найбільш простим атомом є атом водню, лінійчатий спектр якого протягом багатьох років вивчався швейцарським фізиком Бальмером.
Бальмер (1835 р.) вивів емпіричну формулу, що описує всі відомі на той час спектральні лінії водню у видимій області спектру:
(3.1.1)
де n = 3, 4, 5, .., R'-постійна Рідберга, рівна 1,097107 м-1.
Величина називається хвильовим числом, що виражає кількість довжин хвиль, що укладаються на одиницю довжини.
З виразу (3.1.1) випливає, що всі лінії, що відрізняються різними значеннями n, утворюють групу (або серію) ліній, звану серією Бальмера. Зі збільшенням n лінії серії зближуються один з одним, а значення визначає межу серії Бальмера. До кордону серії з боку великих частот примикає суцільний спектр.
Так як , то формула (3.1.1) для частот буде мати аналогічний вигляд:
(3.1.2)
де сек-1 також називається постійною Рідберга, але виражену в сек-1.
Надалі в спектрі водню було виявлено ще декілька серій, що описуються наступними виразами:
-
в ультрафіолетовій області спектру:
серія Лаймана:
(3.1.3)
де n = 2, 3, 4….
-
в інфрачервоній області спектру:
серія Пашена:
(3.1.4)
де n =4, 5, 6…
серія Брекета:
(3.1.5)
де n = 5, 6, 7...
серія Пфунда:
(3.1.6)
де n = 6, 7, 8...
серія Хемфрі:
(3.1.7)
де n=7, 8, 9…
З виразів (3.1.2) - (3.1.7) випливає, що всі серійні формули спектра водню можуть бути виражені за допомогою однієї формули:
(3.1.8)
де m і n - цілі числа, для кожної серії n= m +1, m +2, m +3 ...
Для серії Лаймана m = 1, для серії Бальмера m = 2, для серії Пашена
m = 3.
Кордон серій водневого спектра задає величина R/m2. Всі наведені вище серійні формули були отримані емпірично і довгий час вони не мали теоретичного обґрунтування. Крім того, кидалась в очі схожість цих формул.
Наступними за складністю є спектри парів лужних металів (Li, Nа, К, Cs, Rb). Повний спектр цих елементів представляється набором незакономірно розташованих ліній. Рідбергу вдалося розділити всі лінії на 3 серії, в кожній з яких розташування ліній схоже на закономірне розташування ліній і в бальмерівскій серії водню. Пояснення закономірностей в оптичних спектрах у рамках класичної фізики виявилося неможливим і було названо квантовою теорією атома.