- •2. Распределение электронов в атоме. Периодическая система элементов д. И. Менделеева.
- •2. Классификация элементарных частиц, лептоны, адроны. Свойства элементарных частиц (заряд, спин и т.Д.). Античастицы. Кварковая модель адронов.
- •2. Квантовые числа (главное, орбитальное, спиновое). Распределение электронной плотности в атоме, орбитали, заполнение электронов в элементах периодической таблицы.
- •2. Понятие оператора физической величины, собственных значений. Оператор импульса, кинетической энергии. Уравнение Шрёдингера.
- •2. Радиоактивность, виды. Единицы радиоактивности (Рентген, Зиверт, Кюри…). Прохождение частиц и гамма-излучения через вещество, защита от радиации. Радионуклидный анализ.
- •2. Тепловое излучение. Понятие абсолютно черного тела, серого тела. Закон Стефана-Больцмана, закон излучения Кирхгоффа. Закон смещения Вина. Формула Планка для излучения абсолютно черного тела.
- •2. Тонкая структура спектров. Спин электрона. Опыт Штерна-Герлаха.
- •2. Внешний фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна. Внутренний и вентильный фотоэффекты. Практическое применение фотоэффекта.
- •2. Рентгеновские спектры. Закон мозли.
2. Внешний фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна. Внутренний и вентильный фотоэффекты. Практическое применение фотоэффекта.
Г ипотеза Планка — тела излучают энергию порциями (квантами).
Ф отоэффект — испускание электронов веществом под действием света. Исследование закономерностей фотоэффекта производят с помощью специальной установки. При освещении катода К монохроматическим светом через кварцевое окошко КВ (пропускающее и уф-лучи) из катода вырываются фотоэлектроны и в цепи возникает фототок, регистрируемый гальванометром Г. Напряжение между А и К можно измерить с помощью потенциометра П.
График зависимости фототока I от приложенного напряжения V между катодом и анодом А называют характеристикой фотоэлемента (прибора, в котором наблюдают фотоэффект). Для этой зависимости характерно наличие участка тока насыщения Iнас, когда все электроны, вырванные светом с поверхности катода К, попадают на анод А, и другого участка, на котором фототок уменьшается до нуля при некотором внешнем задерживающем напряжении V1 (V1<0).
Измерив задерживающее напряжение V1, можно определить максимальное значение скорости фотоэлектрона.
Основные закономерности фотоэффекта:
Фототок насыщения пропорционален падающему световому потоку (при одном и том же спектральном составе). Это значит, что число электронов, вырываемых светом ежесекундно, пропорционально мощности падающего света.
I=kФ, где k — коэффициент фоточувствительности освещаемой поверхности.
Независимо от интенсивности света, фотоэффект начинается только при определенной (для данного металла) минимальной частоте ωк (длине волны λк), называемой красной границей фотоэффекта.
Максимальная кинетическая энергия К фотоэлектронов линейно зависит от частоты ω облучающего света (причем Кmax растет с увеличением ω) и не зависит от его интенсивности. Максимальное значение кинетической энергии определяют по задерживающей разности потенциалов.
Уравнение Эйнштейна.
При рассмотрении фотоэффекта на основе гипотезы Эйнштейна о световых квантах, падающее монохроматическое излучение рассматривается как поток световых квантов — фотонов, энергия ε которых связана с частотой ω соотношением ε=хω.
При поглощении фотона его энергия целиком передается одному электрону. Значит электрон приобретает кинетическую энергию не постепенно, а мгновенно — этим объясняется безынерционность фотоэффекта.
Внутренний фотоэффект — вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости или к возникновению электродвижущей силы.
Вентильный фотоэффект — разновидность внутреннего — возникновение ЭДС при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). Вентильный фотоэффект открывает пути для преобразования солнечной энергии в электрическую.
Применение фотоэффекта.
На явлении фотоэффекта основано действие фотоэлектронных приборов, получивших разнообразное применение в различных областях науки и техники. В настоящее время практически невозможно указать отрасли производства, где бы не использовались фотоэлементы – приемники излучения, работающие на основе фотоэффекта и преобразующие энергию излучения в электрическую. Простейшим фотоэлементом с внешним фотоэффектом является вакуумный фотоэлемент. Он представляет собой откачанный стеклянный баллон, внутренняя поверхность которого (за исключением окошка для доступа излучения) покрыта фоточувствительным слоем, служащим фотокатодом. В качестве анода обычно используется кольцо или сетка, помещаемая в центре баллона. Фотоэлемент включается в цепь батареи, э.д.с. которой выбирается такой, чтобы обеспечить фототок насыщения. Выбор материала фотокатода определяется рабочей областью спектра. Вакуумные фотоэлементы безынерционны, и для них наблюдается строгая пропорциональность фототока интенсивности излучения. Эти свойства позволяют использовать вакуумные фотоэлементы в качестве фотометрических приборов, например, фотоэлектрический экспонометр, люксметр (измеритель освещенности) и так далее.
На внутреннем фотоэффекте основан вентильный фотоэлемент (полупроводниковый фотоэлемент с запирающим слоем), он представляет собой генератор тока, непосредственно преобразующий световую энергию в электрическую.
Фотоэлемент позволяет преобразовать колебания светового потока в соответствующие колебания фототока, что находит широкое применение в технике звукового кино, телевидения и т.п. Велико значение фотоэлементов для телемеханизации и автоматизации производственных процессов.
10. 1. Уравнение Шрёдингера. Статистический смысл волновой функции. Принцип суперпозиции в квантовой механике.
Шрёдингер сопоставил движению микрочастицы комплексную функцию координат и времени, которую он назвал волновой функцией и обозначил Ψ «пси».
Пси-функция характеризует состояние микрочастицы.
m — масса частицы, U — потенциальная энергия.
Вид пси-функции определяется функцией U.
Уравнение Шредингера для стационарных состояний.
Как и классическое волновое уравнение, уравнение Шредингера связывает производные волновой функции по времени и координате.
Уравнение Шрёдингера описывает распространение волны вероятности нахождения частицы в заданной точке пространства. Пики этой волны (точки максимальной вероятности) показывают, в каком месте пространства скорее всего окажется частица.
Борн дал такую интерпретацию: квадрат модуля пси-функции определяет вероятность dP того, что частица будет обнаружена в пределах объема dV. Таким образом, физический смысл имеет квадрат модуля пси-функции, которым определяется интенсивность волн де Бройля.
Квантовая суперпозиция — суперпозиция состояний, которые не могут быть реализованы одновременно с классической точки зрения, это суперпозиция альтернативных (взаимоисключающих) состояний. Принцип существования суперпозиций состояний обычно называется в контексте квантовой механики просто принципом суперпозиции.
Если система может находиться в состояниях, описываемых волновыми функциями ψ1и ψ2, то она может находиться и в состоянии где с1и с2 — константы. ψ описывает такое состояние, в котором система находится либо в состоянии ψ1 с вероятностью с12, либо в состоянии ψ2 с вероятностью с22.
Из принципа суперпозиции также следует, что все уравнения на волновые функции (например, уравнение Шрёдингера) в квантовой механике должны быть линейными. Важными следствиями квантовой суперпозиции являются различные интерференционные эффекты (опыт Юнга, дифракционные методы), а для составных систем — зацепленные состояния.
Популярный пример парадоксального поведения квантовомеханических объектов с точки зрения макроскопического наблюдателя — кот Шрёдингера, который может представлять собой квантовую суперпозицию живого и мёртвого кота.