Вопрос 14. Корпускулярно-волновые свойства вещества.
Синтез корпускулярных и волновых представлений предложил в 1924 г. молодой французский физик Луи Виктор де Бройль, приписав любой частице некий внутренний периодический процесс и
рассмотрев единым образом частицы вещества и света. Он развил представления Эйнштейна о двойственной природе света, распространив их на вещество. Для этого он объединил формулу Планка Е = hv и формулу Эйнштейна Е = тс2 и получил соотношение, показывающее, что любой частице при определенных массе и скорости соответствует своя длина волны. Сама волна не несет энергию, а только отображает «распределение фаз» некоего периодического процесса в пространстве. Эту фиктивную волну де Бройль назвал «фазовой волной», форма лучей которой определяется принципом наименьшего времени распространения, выдвинутого еще Ферма.
Де Бройль сравнил принцип Ферма в оптике с принципом наименьшего действия в классической механике и пришел к выводу, что объединение этих экстремальных принципов должно стать основой объединения волновых и корпускулярных представлений, синтеза волн и квантов.
Длину волны микрочастицы де Бройль
определил по аналогии с длиной волны
фотона. Поскольку импульс фотона
,
то длина его волны
.
По определению, импульс есть произ-
ведение массы на скорость, поэтому можно
ввести длину волны де Бройля
.
Если электрон есть волна — частица, то
стационарная
орбита в атоме Бора будет определяться
тем, что на ней должно укладываться
целое число длин волн электрона. Это
означает, что
или
через длину волны де Бройля можно
записать:
.
Это и есть первый постулат теории атома
Бора.
Явление дифракции электронов совершенно независимо открыл примерно в это же время Дж. П.Томсон, сын Дж.Дж.Томсона, при рассеянии быстрых электронов через металлическую фольгу. По дифракционным картинам он вычислил длину волны для электронов (аналогичный опыт по дифракции медленных электронов провел в 1932 г. П. С.Тартаковский). Так был экспериментально подтвержден корпускулярно-волновoй дуализм электронов.
Вопрос15. Электромагнитные волны. Спектральный состав эми. Природные и антропогенные эми.
|
Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существовании в природе особых волн, способных распространяться в вакууме. Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами. По представлениям Максвелла: при любом изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле.
Распространяясь в средах, электромагнитные волны, как и всякие другие волны, могут испытывать
преломление и отражение на границе раздела сред, дисперсию, поглощение, интерференцию; при
распространении в неоднородных средах наблюдаются дифракция волн, рассеяние волн и другие
явления.
Электромагнитные волны различных диапазонов длин волн характеризуются различными
способами возбуждения и регистрации, по‐разному взаимодействуют с веществом. Процессы
излучения и поглощения электромагнитных волн, от самых длинных до ИК излучения, достаточно
полно описываются соотношениями классической электродинамики.
В диапазонах более коротких длин волн, в особенности в диапазонах рентгеновских и γ‐лучей,
доминируют процессы, имеющие квантовую природу, и могут быть описаны только в рамках
квантовой электродинамики на основе представлении о дискретности этих процессов.
Электромагнитные волны широко используются в радиосвязи, радиолокации, телевидении,
медицине, биологии, физике, астрономии и др. областях науки и техники.
Радиочастоты и сверхвысокие частоты являются составной частью спектра электромагнитных
излучений в частотном диапазоне от единиц Гц до 300 ГГц. Основными параметрами ЭМИ являются
длина волны (λ) и частота (f), которая связана с длиной волны обратной зависимостью (для условий
распространения волны в воздухе):
Спектральный состав ЭВМ:
Спектральными называются оптические приборы в которых осуществляется разложение электромагнитного излучения оптического диапазона на монохроматические составляющие. Такие приборы используются для качественного и количественного исследования спектрального состава света, излучаемого, поглощаемого, отражаемого или рассеиваемого веществом. Эти исследования позволяют судить о свойствах вещества, его химическом составе и характере физических процессов, связанных с излучением или взаимодействием света с веществом. Спектральные приборы применяются также для получения излучения заданного спектрального состава.
«Классические» приборы можно разделить на две группы: монохроматоры и спектрографы.
Монохроматоры предназначены для выделения излучения в пределах заданного спектрального интервала. Оптическая система монохроматора включает в себя входную щель, коллиматорный объектив, дифракционную решетку, фокусирующий объектив и выходную щель, которая выделяет излучение, принадлежащее узкому интервалу длин волн. В монохроматорах всегда имеется возможность сканирования спектра путем поворота дифракционной решетки вручную либо с помощью специального механизма.
Спектрографы предназначены для одновременной регистрации относительно широкой области спектра. В отличие от монохроматоров, в фокальной плоскости фокусирующего объектива вместо выходной щели устанавливается многоэлементный приемник (фотодиодная линейка, ПЗС линейка, ПЗС матрица и др.), позволяющий регистрировать оптическое излучение в пределах определенного поля. Спектрографы используются преимущественно в ультрафиолетовой (УФ), видимой и ближней инфракрасной (ИК) областях спектра, что обусловлено имеющимися в настоящее время многоэлементными приемниками излучения (190—2600 нм).
Основными характеристиками спектральных приборов, определяющими их свойства и возможности, являются:
• рабочий спектральный диапазон,
• светосила и относительное отверстие,
• дисперсия и разрешающая способность,
• уровень рассеянного света,
• компенсация астигматизма.
Природные и Антропогенные ЭМИ.
Природные источники электромагнитных полей делят на две группы. Первая - поле Земли - постоянное электрическое и постоянное магнитное поле. Вторая группа - радиоволны, генерируемые космическими источниками (Солнце, звезды и т.д.), атмосферные процессы - разряды молний и т.д. Естественное электрическое поле Земли создается избыточным отрицательным зарядом на поверхности; его напряженность обычно от 100 до 500 В/м. Грозовые облака могут увеличивать напряженность поля до десятков, а то и сотен кВ/м. Вторая группа природных электромагнитных полей характеризуется широким диапазоном частот.
Антропогенные источники: Эта группа включает в себя все системы производства, передачи и распределения электроэнергии (линии электропередачи, трансформаторные подстанции, электростанции, различные кабельные системы), домашнюю и офисную электро- и электронную технику, в том числе и мониторы ПК, транспорт на электроприводе, ж/д транспорт и его инфраструктуру, а также метро, троллейбусный и трамвайный транспорт. Уже сегодня электромагнитное поле на 18-32% территории городов формируется в результате автомобильного движения. Электромагнитные волны, возникающие при движении транспорта, создают помехи теле- и радиоприему, а также могут оказывать вредное воздействие на организм человека. Транспорт на электроприводе является мощным источником магнитного поля в диапазоне от 0 до 1000 Гц. Железнодорожный транспорт использует переменный ток. Городской транспорт - постоянный. Максимальные значения индукции магнитного поля в пригородном электротранспорте достигают 75 мкТл, средние значения - около 20 мкТл. Средние значения на транспорте с приводом от постоянного тока зафиксированы на уровне 29 мкТл.