192. Серії випромінювання, квантування енергії.

Спектр випромінювання розбивається на серії. Найбільш короткохвильова з цих серій позначається літерою K, а окремі лінії в цій серії грецькими літерами. Так, К-серія складається із трьох ліній K_α, K_β, K_γ. Наступні серії позначаються літерами L, M та N. K-серія зумовлена переходами на оболонки, найближчі до ядра атома. Окремі лінії в K-серії зумовлені переходами із різних зовнішніх електронних оболонок.

Квантува́ння— дія, перетворення якоїсь величини з неперервною шкалою значень на величину з дискретною шкалою значень (напр., К. енергії частинок, К. сигналів). Напр., операція перетворення сигналу, при якій здійснюється його дискретизація за рівнем чи за часом або водночас і за рівнем, і за часом.

В різних галузях цей термін набуває специфічного значення, зокрема див.:

• у квантовій механіці

• в Інформатиці

Першим відмовився від класичних уявлень при вирішенні проблеми випромінювання абсолютно чорного тіла М. Планк .У 1900 р. він запропонував принципово новий метод розрахунку функції r_λ,_T, який ґрунтується на квантових уявленнях. В основу методу було покладено гіпотезу про те, що тіла випромінюють енергію не неперервно, а окремими порціями, які дістали назву квантів. Енергія в кванта пропорційна частоті випромінювання (обернено пропорційна довжині хвилі):

де h = 6,626 ∙ 10^-34 Дж ∙ с — стала Планка. В механіці величину, що має розмірність добутку енергії на час, називають дією. У зв’язку з цим сталу Планка іноді називають квантом дії. Нові уявлення Планка про кванти енергії докорінно змінили погляди фізиків на елементарні процеси випромінювання світла, а також на всі інші процеси в мікросвіті. Так виникла нова епоха у вченні про будову матерії та її рух.

Керуючись уявленнями про квантовий характер теплового випромінювання, М. Планк дістав такий вираз для випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла:

де с — швидкість світла у вакуумі; k — стала Больцмана; Т — абсолютна температура; е — основа натуральних логарифмів.

Згідно з формулою Планка (13.11) для кожної довжини хвилі λ з підвищенням температури зменшується величина е^hс/kλТ, що стоїть у знаменнику, r_λ,_T зростає. Отже, з підвищенням температури збільшується випромінювальна здатність на всіх ділянках спектра, причому це зростання різне для різних інтервалів довжин хвиль. Саме така залежність r_λ,_T від температури спостерігається на досліді.

Отже, в 1900 р. Макс Планк запропонував концепцію квантування енергії для того, щоб отримати правильну формулу для енергії випромінювання абсолютно чорного тіла

193. Атомне ядро.

Ядро́ — центральна частина атома, в якій зосереджена основна частина маси атома (більш ніж 99,9%). Ядро має позитивний заряд, і саме від величини заряду ядра залежить, який хімічний елемент представлений атомом.

Ядерні сили в 100 разів сильніші від магнітних. Дуже короткі R=10^-13., заряово-нейтральні.

У порівнянні з розмірами атома, який визначається радіусом електронних орбіт, розміри ядра надзвичайно малі — 10^-15−10^-14 м, тобто приблизно в 10-100 тисяч разів менші від розміру самого атома.

Атомне ядро ​​складається з нуклонів — позитивно заряджених протонів та нейтральних нейтронів, близьких за масою та іншими властивостями частинок, які взаємодіють між собою через сильну взаємодію.

Ядро найпростішого атома — атома Гідрогену (ізотоп Протій) — є одним протоном.

Через різницю в кількості нейтронів ізотопи одного елемента можуть мати різну масу , яка є важливою характеристикою ядра. У ядерній фізиці масу ядер вимірюють в атомних одиницях маси (а. о. м.), за одну а. о. м. беруть 1/12 частину маси нукліду 12C, тобто 1/12 маси ізотопу вуглецю з масовим числом 12. Стандартна маса, яка зазвичай наводиться для нукліда — це маса нейтрального атома. Для визначення маси ядра потрібно від маси атома відняти суму мас всіх електронів (точніше значення вийде, якщо врахувати ще й енергію зв'язку електронів з ядром).

Енергія зв’язку – енергія яка потрібна для того щоб розділити ядро на окремі нуклони. Така ж енергія виділяється при утворенні ядра з окремих нуклонів. Сума мас окремих нуклонів завжди менша ніж маса ядра:

де c² = 931,5 .

Ядерні сили, що тримають ядро вкупі, в кілька раз сильніші ніж електромагнітні. Від'ємна потенціальна енергія нуклонів досягає значень, які роблять відчутним ефект внаслідок принципу еквівалентності маси та енергії - зв'язані нуклони мають меншу масу ніж вільні. Внаслідок того що ядерні сили короткодіючі, не може існувати великих ядер.

Заряд

Число протонів у ядрі безпосередньо визначає його електричний заряд, в ізотопів однакова кількість протонів, але різна кількість нейтронів. Ядерні властивості ізотопів (на відміну від хімічних властивостей), можуть значно відрізнятися.

Моменти ядра

Як і нуклони, що входять до його складу, ядро має власний момент , що є сумою спіну й орбітального моменту . У ядерній фізиці повний момент теж називають спіном.

Спін

Оскільки нуклони належать до ферміонів, тобто мають спін , то і ядра повинні мати спіни. Крім того, нуклони беруть участь в ядрі в орбітальному русі, який також характеризується певним моментом кількості руху кожного нуклона. Орбітальні моменти набувають значення лише цілих чисел . Спіни нуклонів та їх орбітальні моменти, підсумовуються за квантовомеханічними правилами додавання моментів і складають спін ядра.