Билет № 23 Квантовые постулаты Бора. Излучение и поглощение света атомом

В основу своей теории Бор положил два постулата. Первый постулат: атомная система может находиться только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует своя энергия; в стационарном состоянии атом не излучает.

Это означает, что электрон (например, в атоме водорода) может находиться на нескольких вполне определенных орбитах. Каждой орбите электрона соответствует вполне определенная энергия.

Второй постулат: при переходе из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитного излучения. Энергия фотона равна разности энергий атома в двух состояниях: hv=E_m-E_n; h=8.83 10^-34 Дж с, где h— постоянная Планка.

При переходе электрона с ближней орбиты на более удаленную атомная система поглощает квант энергии. При переходе с более удаленной орбиты электрона на ближнюю орбиту по отношению к ядру и томная система излучает квант энергии. Теория Бора позволила объяснить существование линейчатых спектров.

Для того чтобы излучить фотон, атом должен обладать избыточной энергией по сравнению с энергией основного состояния, т.е. быть возбуждённым. Переход атома в возбуждённое состояние возможен при сообщении ему энергии извне. Различают несколько видов излучения. Тепловое излучение – наиболее обычный вид, генерируется при возбуждении связанной системы атомов за счёт нагревания тела, т.е. за счёт внутренней энергии. Люминесценция – вид холодного свечения, который отличается от теплового излучения тем, что не зависит от температуры излучающего тела (люминофора) и может быть достаточно интенсивным, даже если тело холодное. Люминесцентное свечение может возбуждаться энергией любого вида и имеет характеристический спектр, т.е. набор частот излучаемых волн зависит от химического состава излучающего тела. Люминесценция обладает конечным временем затухания: свечение прекращается не сразу после прекращения действия вызвавшей его причины, а продолжается ещё некоторое время (послесвечение). Другая характерная особенность: между моментом получения телом энергии и моментом начала излучения проходит некоторое время (задержка). Яркость люминесцентного свечения больше яркости абсолютно чёрного тела той же температуры. Триболюминесценция – вид люминесценции, который возбуждается трением, ударом, т.е. за счёт механической энергии (например, сахар светится при раскалывании в темноте). Хемилюминесценция – люминесцентное свечение, происходящее при химических и биологических процессах: свечение фoсфора при его окислении, свечение живых организмов (светлячков, планктона в море, тухлой рыбы), трухлявых пней.

Электролюминесценция – свечение разреженных газов при пропускании через них электрического тока: полярное сияние, порождаемое потоком заряженных частиц, испускаемых Солнцем, газосветные трубки, лампы дневного света. Фотолюминесценция – свечение тела под действием света

Билет № 10 Электрический ток в газах. Самостоятельный и несамостоятельный разряды. Плазма.

При отсутствии облучения и при невысоких температурах газы практически не проводят электрический ток, т.е. являются диэлектриками. Газ становится электропроводным в результате ионизации. Ионизация может быть вызвана нагреванием газа до высокой температуры или действием ультрафиолетового, рентгеновского, гамма-излучения. Ионизация газа состоит в том, что нейтральные молекулы или атомы газа теряют электроны и превращаются в положительные ионы. Большинство освободившихся электронов остаются свободными, но некоторые присоединяются к молекулам (или атомам) и образуют отрицательные ионы. Таким образом, в результате ионизации в газе появляются три типа носителей заряда: положительные, отрицательные ионы и электроны.

При создании в газе электрического поля положительные ионы движутся к катоду, а электроны и отрицательные ионы - к аноду, образуя электрический ток.

Электрический ток через газ называют газовым разрядом.

Электрические разряды можно разделить на:

1. Несамостоятельный разряд — разряд, протекающий за счёт внешнего источника свободных носителей заряда, т.е ионизатора.

2. Самостоятельный разряд — разряд, который будет продолжать гореть и после отключения внешнего источника свободных носителей заряда.

Переход от несамостоятельного разряда к самостоятельному называется электрическим пробоем.

ВИДЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РАЗРЯДА:

Тлеющий разряд представляет собой ток малой плотности, возникающий при низком давлении (от сотых долей до нескольких мм.рт.ст.) и напряжении на электродах порядка нескольких сотен вольт. Тлеющий разряд сопровождается свечением столба газа. Его используют в светящихся рубках рекламы (заполненных неоном, аргоном), а также в лампах дневного света для возбуждения люминофора, которым покрыта внутренняя поверхность трубки.

Коронный разряд представляет собой ток через газ при атмосферном давлении, возникающий под действием неоднородного электрического поля высокой напряженности. Коронный разряд сопровождается слабым свечением и небольшим шумом. Коронный разряд наблюдается вблизи заостренных частей проводников в том случае, когда напряженность электрического поля возле проводника превышает 3 · 106 В/м. Причиной разряда является ударная ионизация газа, происходящая в области, непосредственно граничащей с проводником. Особенно нежелательно возникновение этого разряда в высоковольтных ЛЭП, так как он приводит к потерям электрической энергии. Коронный разряд используют в электрических фильтрах для очистки продуктов сгорания топлива.

Дуговой разряд – это ток большой плотности через газ при невысоких напряжениях (десятки вольт). Дуговой разряд сопровождается сильным свечением газа и очень высокой температурой (несколько тысяч градусов). Дуговой разряд поддерживается термоэлектронной эмиссией, происходящей с поверхности разогретого катода, и термической ионизацией молекул газа. Дуговой разряд применяют для дуговой сварки металлов; в электрометаллургии (в дуговых печах для выплавки металлов); в химических производствах (например, для получения из воздуха оксида азота в целях производства азотной кислоты); в качестве сильного источника света (в прожекторах, в дуговых лампах) и т.д.

Искровой разряд представляет собой пробой газа при кратковременном лавинообразном увеличении числа ионов в нем, происходящем в результате ударной ионизации при высоких напряжениях. Искровой разряд сопровождается свечением и звуковым эффектом, а также излучением электромагнитных волн. При искровом разряде в газе возникают каналы сильно ионизированного газа – стриммеры, по которым происходит распространение искрового разряда. Газ в стриммерах сильно нагревается, что приводит к резкому увеличению его давления. Стремясь расшириться, газ создает звуковые волны, вызывающие звуковые эффекты. Мощной разновидностью искрового разряда является молния. В технике искровой разряд используют для поджигания рабочей смеси в цилиндрах карбюраторных двигателей внутреннего сгорания.

Плазма – четвертое агрегатное состояние вещества, характеризующаяся высокой степенью ионизации его частиц при равенстве концентраций положительно и отрицательно заряженных частиц.

Плазму, содержащую электроны и положительные ионы называют электронно-ионной. Если в плазме наряду с заряженными частицами имеются и нейтральные молекулы, то ее называют частично ионизированной. Плазму, содержащую только из заряженных частиц, называют полностью ионизированной.

Плазма находит широкое применение на производстве при резке и шлифовке металлов, травлении различных поверхностей, введение добавок в полупроводники, нанесении защитных и упрочняющих покрытий.

Наиболее типичные формы плазмы
Искусственно созданная плазма Вещество внутри люминесцентных (в том числе компактных) и неоновых ламп. Плазменные ракетные двигатели. Газоразрядная корона озонового генератора. Исследования управляемого термоядерного синтеза. Электрическая дуга в дуговой лампе и в дуговой сварке. Плазменная лампа  Дуговой разряд от трансформатора Теслы.	Земная природная плазма Молния. Огни святого Эльма. Ионосфера. Северное сияние. Языки пламени (низкотемпературная плазма)	Космическая и астрофизическая плазма Солнце и другие звезды (те, которые существуют за счет термоядерных реакций). Солнечный ветер. Космическое пространство (пространство между планетами, звездами и галактиками). Межзвездные туманности.

Билет №8 Идеальный газ. Изотермический, изобарный и изохорный процессы в идеальном газе.

ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ – теоретическая модель газа; в которой пренебрегают размерами частиц газа, не учитывают силы взаимодействия между частицами газа, предполагая, что средняя кинетическая энергия частиц много больше энергии их взаимодействия, и считают, что столкновения частиц газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.

Существуют модель классического идеального газа, свойства которого описываются законами классической физики, и модель квантового идеального газа, подчиняющегося законам квантовой механики. Обе модели идеального газа справедливы для реальных классических и квантовых газов при достаточно высоких температурах и разряжениях.

Термодинамика изучает пять основных процессов идеальных газов:

1) изотермический, (Т = const) происходящий при постоянной температуре;

2) изобарный, (р = const) происходящий при постоянном давлении;

3) изохорный, (v= const) происходящий при постоянном объеме газа;

4) адиабатный, (q = 0) протекающий без подвода или отвода теплоты, т.е. протекающий без теплообмена с окружающей средой;

5) политропный — обобщенный процесс изменения всех параметров рабочего тела при наличии теплообмена; для него четыре предыдущих процесса являются частными случаями.

Для изучения этих процессов необходимо определить: уравнение процесса, которое устанавливает закономерность изменения состояния рабочего тела; графическое изображение процесса в диаграммах; связь между параметрами в процессе; изменение внутренней энергии рабочего тела в процессе; работу, совершаемую рабочим телом в процессе; теплоту, участвующую в процессе.

Давление газа – это средняя сила ударов молекул о стенки сосуда, отнесённая к единице площади.

Абсолютная температура – это мера средней кинетической энергии хаотического движения молекул.

Под объёмом газа понимают объём сосуда, в котором находится газ.

Изотермический процесс:

Уравнение изотермического процесса: Т= const или pv = const.Графически изотермический процесс в р—v-диаграмме изображается в виде равнобокой гиперболы что вытекает из уравнения pv = const, и называется изотермой.

Связь между параметрами изотермического процесса определяется законом Бойля — Мариотта:

Изобарный процесс:

Уравнение изобарного процесса р= const.

Графически изобарный процесс в р—v-диаграмме изображается прямой линией, параллельной оси объемов. Линия изобарного процесса называется изобарой.

Связь между параметрами в изобарным процессе выражается законом Гей-Люссака:

Изохорный процесс:

Уравнение изохорного процесса: v = const.

Графически в p-v-диаграмме изохорный процесс изображается линией, параллельной оси давлений Линии изохорного процесса в диаграмме состояния называется изохорой. И изохорном процессе вся подведенная теплота расходуется на изменение внутренней энергии тела.

Связь между параметрами в изохорном процессе подчиняется закону Шарля

Адиабатный процесс:

Уравнение адиабатного процесса имеет вид: , где k – показатель адиабаты для идеального газа.

Графически адиабатный процесс на p-v-диаграмме изображается неравнобокой гиперболой, называемой адиабатой. Адиабата круче изотермы, так как к > 1.

Связь между параметрами процесса определяется, используя уравнение адиабаты и уравнение состояния газа pv = RT

Билет № 21 Интерференция света

Интерференция волн – это явление наложения когерентных волн, свойственно волнам любой природы (механическим, электромагнитным и т.д

Когерентные волны - это волны, испускаемые источниками, имеющими одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

При наложении когерентных волн в какой-либо точке пространства амплитуда колебаний (смещения ) этой точки будет зависеть от разности расстояний от источников до рассматриваемой точки. Эта разность расстояний называется разностью хода.

При наложении когерентных волн возможны два предельных случая:

Условие максимума:

Разность хода волн равна целому числу длин волн ( иначе четному числу длин полуволн).

, где

Волны приходят в рассматриваемую точку в противофазе и гасят друг друга.

Амплитуда колебаний данной точки равна нулю.

В результате наложения когерентных волн (интерференции волн) образуется интерференционная картина.

При интерференции волн амплитуда колебаний каждой точки не меняется во времени и остается постоянной.

При наложении некогерентных волн нет интерференционной картины, т.к. амплитуда колебаний каждой точки меняется со временем.