Билет № 21 Квантовые свойства света. Фотоэффект и его законы. Применение фотоэффекта в технике.

Свет излучается и поглощается не непрерывно, а определёнными порциями – квантами. Доказательством дискретности света является явление фотоэффекта.

Фотоэффект – это вырывание электронов с поверхности вещества под действием света. Фотоэффект был открыт Герцем в 1887г и экспериментально исследован Столетовым. В ходе опытов были открыты закономерности, названные законами фотоэффекта. 1.Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от падающего светового потока.

2.Количество электронов, вырываемых с поверхности металла в секунду, прямо пропорционально мощности светового потока.

3. Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты, то фотоэффект не происходит (т.е. существует «красная граница фотоэффекта»). Объяснение законов было дано Эйнштейном при помощи уравнения.

где A _вых — работа выхода (минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества),

— кинетическая энергия вылетающего электрона, ν — частота падающего света,

h =6,63•10⁻³⁴ Дж·c-постоянная Планка. h•ν -энергия кванта света. Объяснение законов.

1.Согласно волновой теории, свет, представляющий собой электромагнитные волны, приводит электроны, находящиеся вблизи поверхности металла, в колебательное движение. В результате электрон приобретает кинетическую энергию и вылетает из металла. Чем больше интенсивность падающего света, тем больше электронов вырывается из металла. Это объясняет первый закон фотоэффекта.

2.Из формулы Эйнштейна = h •ν −А_вых т.е. кинетическая энергия

фотоэлектронов для данного вещества зависит только от частоты света. 3. ν_min= ν_min – красная граница фотоэффекта.

Фотоэффект нашёл широкое применение в технике. Приборы, работающие на явлении фотоэффекта, называются фотоэлементами. Их используют в турникетах метро, системах защитной и аварийной сигнализации, фотоэкспонометрах, военной технике, системах связи, озвучивание кино и т.д.

БИЛЕТ № 22

Состав ядра атома. Ядерные силы. Дефект массы и энергия связи ядра атома. Ядерные реакции. Ядерная энергетика.

Ядро состоит из элементарных частиц: протонов и нейтронов. Число протонов равно числу электронов и равно порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева. Сумма протонов и нейтронов определяет массовое число. А = N + Z

А- массовое число (это относительная атомная масса, округлённая до целого числа), N – число нейтронов, Z –число протонов. Протон – положительно заряженная частица – ядро водорода. Заряд протона равен по величине заряду электрона. Масса его в 1863 раза больше массы электрона. Обозначают протон Р или Н . Нейтрон – электрически нейтральная частица, не имеющая заряда. Масса нейтрона немного больше массы протона. Символ нейтрона n . Протоны и нейтроны в ядре удерживаются ядерными силами, которые самые сильные в природе, но короткодействующие, т.к. действуют на расстояниях, равных размеру ядра (10^–13 -10^–14 м). Изотопы – это атомы одного и того же химического элемента, имеющие разное массовое число, т.е. разное число нейтронов. Изотопы отличаются свойствами. Например, водород имеет три изотопа: Н – протий, Н – дейтерий, Н – тритий. Закон взаимосвязи массы и энергии установлен для всех видов материи теоретически в 1906г Эйнштейном. Е = m•с² Е- энергия, m – масса, С=3•10⁸ – скорость света. Если изменяется энергия системы, то изменяется и её масса.Δ Е= Δ m•с² Δ Е – изменение энергии Δ m – изменение массы (дефект масс). Энергия связи ядра – это энергия, необходимая для полного расщепления ядра на протоны и нейтроны. Энергия связи огромна. Энергия связи переносится γ – квантами. Ядерной реакцией называется процесс превращения атомных ядер, происходящий при их взаимодействии с элементарными частицами, гамма - квантами и друг с другом, обычно приводящий к выделению колоссального количества энергии.

Для течения ядерной реакции необходимы условия:

1. чтобы число нейтронов не уменьшалось со временем. Это условие будет выполнено, если коэффициент размножения нейтронов ≥ 1. Коэффициентом размножения нейтронов называют отношение числа образовавшихся нейтронов к числу нейтронов, участвующих в реакции.

Если К >1 происходит неуправляемая реакция в атомной бомбе.

Если К =1 происходит управляемая реакция в ядерном реакторе (количество нейтронов контролируют при помощи графитовых стержней). Если К< 1 реакция останавливается.

2. реакция может происходить, если масса урана превышает некоторое критическое значение. Критической массой называют наименьшую массу делящегося вещества, при которой протекает цепная ядерная реакция. При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. В 1939 году немецкими учеными О. Ганом и Ф. Штрассманом было открыто деление ядер урана. При делении урана выделяется огромная энергия. При делении 1г урана выделяется столько же энергии, как при сгорании 3-х тонн каменного угля. Физики нашей страны добились больших успехов в области использования ядерной энергии. Первая атомная станция была введена в действие в 1954г в г. Обнинске. Сейчас 1/3 всей электроэнергии вырабатывается на АЭС. Но есть проблема в обеспечении полной радиационной безопасности людей, работающих на атомных электростанциях, и предотвращении случайных выбросов радиоактивных веществ. При разработке ядерных реакторов этой проблеме уделяется большое внимание. Тем не менее, после аварий на некоторых АЭС, в частности на АЭС в Пенсильвании (США, 1979 г.) и на Чернобыльской АЭС (1986 г.), проблема безопасности ядерной энергетики встала с особенной остротой .Ядерные реакторы устанавливаются на атомных подводных лодках, в атомном оружии. Атомные бомбы были сброшены на два японских города Хиросима и Нагасаки. Народы всех стран борются за сокращение и запрещение ядерного оружия. Термоядерная реакция – это реакция слияния лёгких ядер при высоких температурах. В природе термоядерная реакция происходит на Солнце. На земле осуществляют термоядерную реакцию пока только в лабораторных условиях. Осуществление управляемых термоядерных реакций даст человечеству новый экологически чистый, безвредный и практически неисчерпаемый источник энергии.