- •Методичні вказівки до виконання контрольних завдань з дисципліни „фізика”
- •Робоча програма курсу фізики
- •Контрольна робота №4
- •Контрольна робота № 3
- •V. Коливання та хвилі Основні формули
- •VI. Оптика Основні формули Фотометрія
- •Геометрична оптика
- •Хвильова оптика
- •Приклади розв’язання задач
- •Завдання до контрольної роботи №3.
- •Viі. Елементи квантової механіки.
- •VIII. Будова та властивості ядер. Радіоактивність
- •Приклади розв’язання задач
- •Для дефекту маси та енергії зв’язку можна записати зручні для розрахунків формули:
- •Завдання до контрольної роботи №4.
- •Додаток
Viі. Елементи квантової механіки.
Корпускулярно-хвильовий дуалізм. Хвилі де Бройля. Співвідношення невизначеностей.
Зв’язок довжини хвилі де Бройля λ частинки з її імпульсом р:
= , (7.1)
де р - імпульс фотона; m – маса частинки; v – її швидкість; h – стала Планка; .
Співвідношення невизначеностей Гейзенберга для координат та імпульсів:
, (7.2)
де – невизначеність координати ; – невизначеність відповідної їй проекції імпульсу.
Співвідношення невизначеностей для енергії та часу:
, (7.3)
де - невизначеність енергії квантового стану; - час життя системи у цьому стані.
Атом водню. Спектри. Електронні оболонки.
Основною властивістю квантових систем є те, що вони мають дискретну структуру енергетичного спектру. У спектрі найменший рівень зветься основним, а всі інші збудженими.
При переході квантової системи з одного стаціонарного стану в інший випромінюється (поглинається) квант енергії, яка дорівнює різниці енергій відповідних стаціонарних станів:
, (7.4)
( та - енергії стаціонарних станів атому перед та після випромінювання (поглинання)).
Спектри випромінювання атомів хімічних елементів, що знаходяться у газоподібному стані (гази, пари металів), мають лінійчатий характер. Найбільш простий і досліджений спектр має атом водню. Довжини хвиль його спектральних ліній можуть бути обчислені за формулою Бальмера – Ритца (узагальненою формулою Бальмера):
. (7.5)
Константа і має назву постійної Ридберга; - довжина хвилі спектральної лінії; - номер енергетичного рівня атома, на який переходить електрон при випромінюванні; - номер рівня, з якого відбувається перехід.
Серія ліній утворюється при переходах електронів на енергетичний рівень із фіксованим значенням з усіх вищих рівнів . Перша лінія кожної серії відповідає мінімальному значенню та має максимальну довжину хвилі. Границі кожної серії відповідає .
Повна енергія електрона в атомі водню або воднеподібному атомі (атомі із зарядовим числом Z, внаслідок іонізації якого, в електронній оболонці залишився тільки один електрон):
, (7.6)
З формули випливає, що електрон у атомі може мати тільки ті дискретні значення енергії, що визначаються квантовим числом , яке називають головним квантовим числом.
Випромінюваний квант енергії дорівнює
, . (7.7)
та - номера орбіт (тобто квантових рівнів енергії), між якими відбувається перехід електрона.
(с=3·108 м/с – швидкість світла у вакуумі). Тому для атома водню або воднеподібного атома можна записати:
. (7.8)
З порівняння формули (7.8) при Z=1 із формулою (7.5) випливає, що останній вираз є аналогічним узагальненій формулі Бальмера, а стала Рідберга дорівнює
. (7.9)
Енергія кванту енергії, що випромінюється атомом водню при переході електрону з однієї орбіти на другу,
, (7.10)
де Еі = 13,6 еВ – енергія іонізації атома водню.
Розглянемо фізичні властивості квантових систем. Квантовий стан характеризується дискретними значеннями таких основних фізичних величин, як енергія, момент імпульсу і т. ін.
Квантовий стан електрону в атомі залежить від відстані до ядра r і характеризується чотирма квантовими числами :
n – головне квантове число, визначає енергію Еn електрона в атомі, n=1,2,3,…;
l – орбітальне квантове число, визначає механічний орбітальний момент імпульсу електрона L: . При заданому головному квантовому числі n приймає значення: l = 0, 1,…, n – 1; (7.10)
ml – магнітне квантове число, визначає проекцію моменту імпульсу на фізично виділений напрямок: . При заданому квантовому числі l приймає значення: m l = - l, - l + 1,…, 0, + 1,…, l – 1, l . (7.11)
ms – магнітне спінове квантове число, визначає проекцію спінового моменту імпульсу електрона на фізично виділений напрямок: . Для електрона (а також протона і нейтрона) спінове квантове число s = ½, а
ms може приймати 2 значення: ms = . (7.12)