47 Сұрақ Магнит өрiсi.............................

Қозғалмайтын электр зарядтары электр өрiсiн туғызады, қозғалатын зарядтар басқа өрiс – магнит өрiсiн туғызады.

Бұған иiлмелi өткiзгiшмен жасалған тәжiрибеден көз жеткiзуге болады. Егер екi параллель өткiзгiштер бойымен бiр бағытта ток өтсе, өткiзгiштер бiр бiрiне тартылады, ал егер ток бағыттары қарама-қарсы болса, онда өткiзгiштер бiр-бiрiнен тебiле бастайды.

Ток өтетiн өткiзгiштер арасындағы пайда болатын әсер магниттiк әсер деп аталады. Бұл жағдайда өткiзгiштердiң бiр-бiрiне әсер ететiн күштерiн магниттiк күштер деп атайды.

Электромагниттiк өрiстiң байқалуының бiр түрiн магнит өрiсi деп атайды [Видеоматериал]. Оның ерекшелiгi болып, ол өрiс тек қана электр заряды бар қозғалыстағы бөлшектер мен денелерге, сонымен қатар қозғалатын не қозғалмайтындығына байланыссыз магниттелген денелерге әсер ететiндiгi табылады.

Магнит индукциясының векторы магнит өрiсiнiң күштiк сипаттамасы болып табылады.

Магнит индукциясы векторының бағыты ретiнде ток әсерiнен туған кейбiр магнит өрiсiнде еркiн қозғала алатын магнит тiлшесiнiң оңтүстiк S полюсiнен солтүстiк N полюсiне бағыты алынған. Бұл бағыт тогы бар тұйық контурға түсiрiлген оң нормаль бағытымен сәйкес келедi.

Оң нормаль бағыты тұйық контурдағы токтың бағыты бойынша айналғандағы оң кесiлген бұранда ұшының iлгерiлемелi қозғалысымен сәйкес келедi (6.1 - сурет).

Тогы бар түзу сызықты өткiзгiштiң магнит тiлшесi жазықтығы өткiзгiшке перпендикуляр, ал центрi өткiзгiш өсiнде жатқан шеңбердiң жанамасы бойынша орналасады. Магнит индукциясы векторының бағытын Максвелл ережесi (бұранда ережесi) бойынша анықтайды:

егер бұранданы өткiзгiштегi ток бағыты бойынша бұраса, онда бұранда сабының қозғалыс бағыты магнит индукциясы векторының бағытына нұсқайды.

Магнит индукциясы векторының модулi магнит өрiсi тарапынан тогы бар өткiзгiштiң бiр бөлiгiне әсер ететiн максималды күштiң ток күшiнiң сол бөлiк ұзындығына көбейтiндiсiнiң қатынасына тең:

(6.1)

СИ жүйесiнде Магнит индукциясының бiрлiгi ретiнде бiр тесла (1 Тл) – ұзындығы 1 м өткiзгiш бөлiгiне 1 А ток күшi болғанда өрiс тарапынан Fmax = 1 H максималды күш әсер ететiн бiртектi өрiстiң магнит индукциясы қабылданған.

Егер векторлары өрiстiң барлық нүктелерiнде бiрдей болса, магнит өрiсiн бiртектi деп атайды.

Өрiстердiң суперпозиция принципi. Егер кеңiстiктiң берiлген нүктесiнде магнит өрiстерi магнит индукциясының векторлары ₁, ₂, ₃ және т.б. болып келген әртүрлi магнит көздерiнен құралса, онда қорытынды магнит өрiсiнiң векторы мынаған тең болады:

= ₁+ ₂+ ₃+… (6.2)

Магнит өрiстерiн бейне түрiнде кескiндеу үшiн магнит индукциясы сызықтарын пайдаланады.

Магнит индукциясы сызықтары – әр нүктедегi жанамалары өрiстiң осы нүктелерiндегi векторының бағытымен сәйкес келетiндей етiп жүргiзiлген бейне сызықтар.

Тұрақты магнит орналасқан қағаз бетiне темiр ұнтақтарын сеуiп, магнит индукциясы сызықтарының толық сутеттер көрiнiсiн көзбе-көз көруге болады (6.2 - сурет).

Магнит индукциясының сызықтары әрқашан да тұйық және өрiс туғызатын тогы бар өткiзгiштердi қамтиды. Магнит индукциясы сызықтарының тұйықтығы табиғаттағы еркiн магнит зарядтарының бар болуының дәлелденбегендiгiмен түсiндiрiледi.

Тұйық күштiк сызықтары бар өрiстердi құйынды өрiстер деп атайды. Магнит өрiсi құйынды өрiс болып табылады.

Бiртектi өрiстiң магнит индукциясының сызықтары параллель болады.

Био-Савар-Лаплас заңы

 тогы бар өткізгіштің  элементінің қандай да бір А нүктесіндегі туғызатын индукциясы

,

мұндағы,  - өткізгіштің  элементінен А нүктесіне дейін жүргізілген радиус-ве

векторының бағыты  және  векторларына перпендикуляр және магнит индукциясы сызығына жанама бойымен бағытталады.

векторының модулі мына формуламен анықталады:

мұндағы  –  және  векторлары арасындағы бұрыш.

№48 Магнит ағыны скалярлық шама, магнит индукция векторының жазық бетінің аудаына көбейтіндісі . Егер магнит өрісі біртекті болса .

вакуумдегі магнит өрісі үшін толық ток заңы (  векторының циркуляциясы туралы теорема): кез келген тұйық контур арқылы өтетін магнит индукциясы векторының циркуляциясы магниттік тұрақтыны контурмен қамтылған токтардың алгебралық қосындысына көбейткенге тең.

                                                                          

 мұндағы   – кез келген    контурмен қамтылған тогы бар өткізгіштердің саны (35-сурет). бұл формула тек вакуумдегі магнит өрісі үшін ғана дұрыс. зат ішіндегі өріс үшін өткізгіш бойымен өтетін токтардан (макротоктар) басқа, молекулярлық токтарды да ескеру қажет.

токтардың қосындысын есептей отырып, контурды орағыту бағыты бұрғының оңға айналуына сәйкес бағыттағы токтарды оң ток деп есептеу қажет, ал қарама-қарсы бағыттағы токтар теріс мәнмен алынады.

мысалы, 35-суретте көрсетілген  токтар үшін

соленоидтың магнит өрісі

36–суретте вакуумде орналасқан соленоид үшін магнит өрісінің күш сызықтары көрсетілген. ad –қабырғасы соленоид осінде жатқан abcd контуры қарастырылған. осы контур бойынша магнит индукциясы векторының циркуляциясын төрт бөлікпен  келтіруге болады:

 

 +  .                  (127)өрнектің үш қосылғышы үшін  : ав және  сd жақтарына  индукция векторы перпендикуляр, ал соленоидтан тыс вс бөлігін шексіздікке балауға болады

ad бөлігінде   векторының циркуляциясы :

.

 

соленоидтың орам саны n  болғандықтан    .   осыдан: .                                         (128)

мұндағы l – соленоидтың ұзындығы,  – соленоидтың бірлік ұзындығына сәйкес орам саны.

 тороидтың магнит өрісі

     37–сурет бойынша вакуумде орналасқан тогы бар тороидтың магнит өрісі  тек ішкі бөлігінде ғана болады. магниттік индукция сызықтары –

      симметриялық орналасу бойынша центрлері

      тороидтың осінде жатқан шеңберлер жүйесі.

      радиусы r  шеңбер үшін циркуляция мәні:

 

   осыдан, тороид ішіндегі магниттік индукция:

  

  

Лоренц күші деген не ?  магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа әсер ету күші

Лоренц күшінің формуласы:dF=I[dl,B]

,мұндағы:

•  — Лоренц күші

•  — бөлшек заряды

• —  электрөрісі

•  — магнит өрісі

•  — бөлшектіңжылдамдығы

• × — векторлықкөбейту.

      

Лоренц күшінің  бағыты қандай ережемен анықталады? сол қол ережесі 

Ампер күші деген не? магнит өрісінің тогы бар өткізгішке әсер ету күші 

Ампер заңының формуласыdF=I[dl,B] ; 

Ампер күшінің  бағыты қандай ережемен анықталады? сол қол ережесі   

Манит(В) жане Эл ористериндеги заряд-ган болш-ин  багыты

3) Масса,импульс,күш.Механикадагы күштер.

Жауап:Масса – материяның инерциялық және гравитациялық қасиеттерін анықтайтын материяның негізгі сипаттамаларының бірі болатын, физикалық шама.Массанының бірлігі – килограмм (кг).

Күш– денеге басқа денелер немесе өрістер тарапынан механикалық әсерінің өлшемі болып табылатын векторлық шама, оның нәтижесінде дене үдеу алады немесе формасы мен өлшемдерін өзгертеді. Күштін шамасы әсердің интенсивтілігі мен анықталады.Күштің бірлігі – Ньютон (Н): 1Н – 1 кг массаға күштің әсер ету бағытымен 1м/с² үдеу беретін күш.

Импульс материялық бөлшектін жылдамдығы мен массасының көбейтіндісін айтады.

Механикадағы күштер.

1) Тартылыс күштері (гравитациялық күштер).

Жермен байланысқан санақ жүйесінде, массасы  кез келген денеге мынадай күш әсер етеді:

ол күш денені жердің тартатын күші – ауырлық күші деп аталады. Жергетартылыскүшініңәсеріненбарлықденелер, еркінтүсуүдеуідепаталатынбірдейүдеумен  м/с2 құлайды.

ДенеЖергетартылуысебебіненсүйенішкеәсерететіннемесеілінужібінкеретінкүштідененіңсалмағыдепатайды.

Ауырлықкүшібарлықуақыттаәсеретеді, ал салмақ, денегеауырлықкүшіненбасқакүштерәсереткендеғанаөзін-өзібайқатады. ЕгердененіңүдеуіЖергесалыстырғанданольгетеңболса, ауырлықкүшідененіңсалмағынатеңболады. Керіжағдайда  ,мұндағы  Жергесалыстырғандадененіңсүйенішіменбіргеүдеуі. Егерденеауырлықкүшіөрісіндееркінқозғалатынболса, онда  жәнесалмақнольгетең, яғниденесалмақсызболады.

Салмақсыздық депдененің тек ауырлықкүшіәсеріненқозғалатынкүйінайтады.

2) Серпімділіккүшіденелердіңдеформацияланыпөзараәсерлесуінәтижесіндепайдаболады.Серпімділіккүшібөлшектің тепе-теңдікқалпынанығысуынапропорционалжәне тепе-теңдікқалпынабағытталғанболады:

мұндағы  - серіппеніңқатаңдығы, х – серпімді деформация.

3) сырғанауүйкеліскүшіберілгендененіңбасқаденебетіменсырғанауыкезіндепайдаболады.

мұндағы  - сырғанауүйкеліскоэффициенті, олжанасатынбеттердіңкүйіндежәнетабиғатынатәуелдіболады,  - үйкелетінбеттердібір-бірінеқосатын нормаль күшіүйкелетінденелердіңбеттерінжанамабойыменберілгендененіңбасқаденегесалыстырғандақозғалысынақарама-қарсыбағытталғанболады.

Тізбектердің тізбегін тұйықтау және ажырату эстратоктары.

Өткізілетін контурдағы ток күшінің кез келген өзергеруі кезінде өздік индукция электр қозғаушы күші туындайды, нәтижесінде контурда, өздік индукциялардың электртоктары деп аталатын, қосымша токтар пайда болады.

Өздік индукциялар электртоктары, Ленц ережесіне сәйкес, әрқашанда тізбектегі токтың өзгерістеріне кедергі жасайтындай, токқа қарама-қарсы бағытталған. Ток көзін ажыратқан кезде электртоктар сондай-ақ әлсірейтін ток бағытындағыдай бағытқа ие болады. Демек, тізбекте индуктивтіліктің болуы тізбектегі токтың жоғалуын немесе оның берілуін баяаулатуға әкеледі.

ЭҚК ε ток көзіне, R кедергі резисторынан және индуктивтілігі L катушкадан тұратын тізбектегі токтың ажыратылу процесін қарастырамыз. Сыртқы ЭҚК әсерімен тізбекте тұрақты ток өтеді:

І₀=

(ток көзінің ішкі кедергісін есепке алмаймыз).

t=0 уақыт мезетінде ток көзінен ажыратамыз. Индуктивтілігі L катушкадан ток азая бастайды және бұл, Ленц ережесіне сәйкес, токтың азаюына кедергі келіретін,

ε_c = -L , өздік индукция электр қозғаушы күшінің туындауына әкеледі. Уақыттың әрбір мезетінде тізбектегі ток

І= Ом заңымен анықталады немесе IR = -L ,бұдан шыгады

І =I₀* мұндағы = релаксациялар уақыты деп аталады. Тізбектің индуктивтілігі неғұрлым көп болса,оның кедергісі соғұрлым аз болады.

Тізбектердің тұйықталу кезінде сыртқы ЭҚК ε-ден өзге, Ленц ережесіне сәйкес, токтың өсуіне кедергі келтіретін, ε_c = -L өздік индукциялар ЭҚК туындайды. Ом заңы бойынша, IR = ε + ε_c немесе IR = ε - L

Жаңа айнымалыны u =IR - ε енгізе отырып, осы теңдеуді келесі түрде түрлендіреміз

мұндағы релаксациялар уақыты.

Тұйықталу кезінде ( t=0) ток күші I =0 және u=-ε. Демек

І =I₀(1- ) мұндағы - І₀= берілген ток ( t кезінде )

52.Электромагниттік индукция құбылысы. Максвелл-Фарадей заңы. Ленц ережесі.

Тұйық контурды тесіп өтетін магнит ағыны өзгергенде контурда электр тогы пайда болу құбылысын электромагниттік индукция деп атайды.

Электромагниттік индукция дегеніміз тұйық жүйедегі магниттік толқынның өзгеруі нәтижесінен, сол тұйық жүйеде электр тоғынын пайда болуы.

Электромагниттік индукция 1831 жылы 29 тамызда Майкл Фарадеймен ашылған, оның зерттеулері бойынша тұйық жүйедегі магнитті толқынның өзгеру жылдамдығы, осы жүйеде пайда болған электр қозғаушы күшке тура пропорционал екенін ашты. Электрқозғаушы күш арқылы пайда болған электр тоғы индукциялық тоқ болып аталады.

ЛЕНЦ ЕРЕЖЕСІ, электрмагниттік индукция процесі нәтижесінде пайда болатын индукциялық ток бағытын анықтайды. Оның тұжырымдамасын 1833 ж. Э.Ленц (1804 — 1865) ұсынған. Ленц ережесі бойынша: тұйықталған контурда пайда болатын индукциялық ток оны тудыратын магниттік индукция ағынының өзгеруіне қарсы әсер жасайтындай болып бағытталады. Ленц ережесі электромагниттік индукцияға арналған Фарадей заңыныңt — уақытта өтетін магнит ағынының өзгеруі.Ф контурдан t оң жақ бөлігінің таңбасын анықтайды; мұндағыEi= -Ф/t:

. Жылулық сәуле шығару және оның сипаттамалары.Кирхгоф заңы.Абсолют қара дене.Абсолют қара дененің сәуле шығарудың заңдары.

Денелердің электромагниттік толқын шығаруы, яғни сәуле шығаруы әр-түрлі энергиялардың есебінен болады. Сәуле шығарулардың ішінде ең жиі кездесетіні жылулық сәуле шығару болып табылады.Дененің ішкі энергиясының есебінен туындайтын электромагниттік сәулелерді жылулық сәуле шығару деп атайды.Жылулық сәуле шығару кез-келген температурада жүреді. Төменгі температураларда дене тек ұзын толқын ұзындықтағы сәулелер (инфрақызыл сәулелер) шығарады.Жылулық сәуле шығару сәуле шығаратын денемен термодинамикалық тепе-теңдікте болатын бірден-бір сәуле шығару болып табылады.

Киргхоф ережелері – тұрақты немесе квазистационар токтың тармақталған тізбегіндегі ток пен кернеуге арналған қатыстарды анықтайтын ережелер. Бұл ережелерді неміс физигі Г.Р. Кирхгоф (1824 – 1887) тұжырымдаған (1847). Бірінші ереже (а, сурет) зарядтың сақталу заңынан шығады және ол былай тұжырымдалады: түйінде тоғысқан токтардың (ҚK) алгебралық қосындысы нөлге тең, яғни мұндағы l – түйінде тоғысқан өткізгіштердің саны. Тармақталған тізбектің кем дегенде үш өткізгіш тоғысатын кез келген нүктесі түйін деп аталады. Түйінге келетін токтың бағыты оң деп, ал одан шығатын токтың бағыты теріс деп саналады. Екінші ереже (ә, сурет): өткізгіштердің тармақталған тізбегінің кез келген тұйық контурындағы кернеудің кемулерінің (ҚKRK) алгебралық қосындысы осы контурдағы электр қозғаушы күштердің (K) алгебралық қосындысына тең: , мұндағы m – контур ішіндегі жеке бөліктердің саны. Токтың және электр қозғаушы күштің бағыты шартты түрде алынады. Кирхгоф ережелерінің көмегімен күрделі электр тізбегі есептеледі.

Абсолют қара дене — өзіне түскен сәуле ағынын оның спектрлік құрамы мен температурасына қарамай толық жұтатын дене. Абсолют қара дененің сәуле жұтқыштық коэффициенті 1-ге тең. Ал сәуле шығарғыштық қабілеті, оның температурасы мен толқын жиілігіне байланысты анықталады. Табиғатта өзіне түскен сәуле ағынын түгелдей жұтатын (спектрлік құрамына қарамай) дене кездеспейді. Өзінің оптикалық қасиеті жағынан Абсолют қара денеге тым жақындайтындар қара күйе, қара барқыт және қарайтылған платина болып есептеледі. Олар жарық ағынының көрінетін бөлігін түгелдей дерлік ( 99 %) сіңіріп алады. Физикада Абсолют Қара Дененің моделі ретінде сыртқы беті сәуле ағынын өткізбейтін, ал ішкі беті өзіне түскен сәуленің біраз бөлігін сіңіріп алатын кішікене тесігі бар қуыс дене алынады. Мұндай қуыс денеге енген сәуле оның ішкі жағына сан рет шағылып, сыртқа шықпай түгелдей дерлік қалып қояды. Абсолют қара дене ғылым мен техникада жарық эталоны ретінде қолданылады.

68. Фотондар. Жарық кванттарының энергиясы және импульсі. Комптон эффектісі. Фотон (грек. phos, photas — жарық) — электрмагниттік сәуленің (жарықтың) элементар бөлшегі. Фотон зарядсыз бейтарап (нейтрал) бөлшек. Ол вакуумде с=3/с, оның тыныштықтағы массасы m=0. Фотон электрмагниттік әсерлесуді тасымалдайтын бөлшек. Зарядталған бөлшектердің Фотондарды шығаруы немесе сіңіруі барлық электро-магниттік процестердің негізі болып табылады. Фотон туралы ұғым кванттық теория мен салыстырмалы теорияның даму барысында пайда болды. 1905 ж. А.Эйнштейн фотоэффект құбылысының заңдылықтарын түсіндіру үшін 1900 ж. нем. физигі М.Планк ашқан жарық кванттары туралы ұғымды пайдаланды. Жарықтың Фотондардан (кванттардан) тұратындығы люминесценц. құбылыстар мен фотохим. реакциялар арқылы дәлелденді. “Фотон” терминін ғылымға 1929 ж. америка ғалымы Г.Льюис енгізді. Фотон бозондарға жатады=h) анықталады: ) жиілігімен (108м/с жылдамдықпен тарайды. Оның энергиясы (Фотон (грек. phos, photas — жарық) — электрмагниттік сәуленің (жарықтың) элементар бөлшегі. Фотон зарядсыз бейтарап (нейтрал) бөлшек. Ол вакуумде с=3

Комптон эффектісі - шашыраған сәуле шығарудың толқын ұзындығы түскен сәуленің толқын ұзындығынан көп болған кездегі еркін немесе әлсіз байланысқан электрондағы жоғары жиілікті электромагниттік сәулеленудің серпімді шашырауы

69. Электрмагниттік сәуле шығарудың корпускулалық және толқындық қасиетінің байланысы(корпускулалық- толқындық дуализм)

Интерференция, дифракция және дисперсия тәрiздi құбылыстар жарықтың толқындық қасиетiн дәлелдесе, екiншi жағынан шымқай қара дененiң сәуле шығаруы, фотоэффект тәрiздi құбылыстар жарықтың фотондар деп аталатын бөлшектерден (корпускулалардан) тұратынына нұсқайды. Жарық қасиетiнен осылай әрi толқындық, әрi корпускулалық қаситеттердiң байқалуы корпускулалы толқындық дуализм деп аталады. Корпускулалы толқындық дуализм жарық қасиетiнiң әдеттегi классикалық физикадағыдай көрнектiлiкке ие емес екендiгiн көрсетедi. Физиканың одан әрi даму барысында мұндай екi жақты қасиет тек жарық табиғатына ғана тән емес екенi байқалды. Осымен байланысты француз ғалымы Луи де-Бройль мынадай болжам ұсынды. Корпускулалы-толқындық дуализм тек жарыққа ғана тән емес, ол материяның iргелi қасиетi. Өз кезегiнде керiсiнше элементар бөлшектердiң де толқындық қасиетi болады.Бұл аса батыл болжам болатын. Бiрақ көп уақыт өтпей-ақ бұл болжамның рас екендiгi тәжiрибе жүзiнде дәлелдендi. Электрондардың никельдiң кристалдарынан шашырауын зерттеу барысында Девиссон және Джермер шашыраған электрондардың рентген сәулелерi тәрiздi дифракциялық заңдылықпен таралатынын анықтады (6.4 - сурет). Мына жерде Дж. Томсонның тәжiрибесiндегi жұқа алтын қабырғадан электрондар өткенде дифракция байқалатыны көрсетiлген.

Корпускулалы-толқындық дуализм физикалық нысандардың бiр-бiрiне ұқсамайтын қасиеттерiнiң диалектикалық бiрлiгi болып табылады. Қарастырып отырған нысан бiреу болғандықтан бұл бiр ғана нысанның әртүрлi қасиеттердi сипаттайтын физикалық шамалар бiр-бiрiмен қандай да бiр байланыста болуы тиiс. Шындығында да солай. Жарықты толқын, әрi бөлшек ретiнде сипаттайтын физикалық шамаларды байланыстыратын бұл өрнектердi алғаш рет француз ғалымы де Бройль алған. Осымен байланысты де Бройль қатынастары деп аталатын бұл өрнектер мынадай:

(6.7)

Мұндағы Дж*с, ω-циклдік жиілік. - толқынның таралу бағытымен бағытталған, модулі 2π/λ-ға тең толқындық вектор. Бұл (6,7) қатынастарында физикалық нысандардың толқындық қасиетін сипаттайтын ω және шамаларының корпускулалық қасиетті сипаттайтын ε және шамаларымен Планк тұрақтысы арқылы байланысып тұруының терең физикалық мағынасы бар. Бұл Планк тұрақтысының физикада іргелі роль атқаратынының белгісі.

Интерференция. Кеңістіктің әр түрлі нүктелеріне қорытқы тербелістер амплитудаларының уақыт жөнінен тұрақты таралу тәртібі орнайтындай болып, екі (немесе бірнеше) толқынның қосылуы интерференция (латынның inter өзара және ferio соғамын деген сөзінен шыққан) деп аталады.

Толқындардың түзу сызықты тараулардан ауытқуы, толқындардың бөгеттерді орағытып өтуі дифракция деп аталады. Интерференция сияқты дифракция да кез келген толқынды процеске сол дәрежеде тән. Дифракция кезінде бөгеттердің шет-шетінде толқындық беттер қисаяды. Толқын жолында бөгеттердің өлшемдері толқын ұзындығынан кіші немесе онымен шамалас болған жағдайларда толқындар дифракциясы айқын көрінеді.

Ақ жарық шыны призмадан өткен кезде бiрнеше түске жiктелетiнiн алғаш рет И.Ньютон бақылап, зерттеген болатын. Мұндай монохроматты ( бiр түстi, мысалы, қызыл, көк, күлгiн т.с.с. ) жарық одан әрi басқа түстерге жiктелмейдi. Ал ендi осылай ақ жарықтың монохроматты жарықтарға жiктелуiнiң себебi неде ? Ол мынада. Жарық дегенiмiз – электромагниттiк толқындар. Әртүрлi түстегi жарықтар бiр-бiрiнен толқын ұзындығының, немесе онымен байланысты жиiлiгiнiң әртүрлi болуымен өзгешеленедi. Ал жарықтың шыны призмадан өткенде әртүрлi түске жiктелуiнiң себебi қандай да бiр ортадағы жарық жылдамдығының ( немесе онымен байланысқан сыну көрсеткiшiнiң ) жарық жиiлiгiнен тәуелдiлiгiмен байланысты. Сыну көрсеткiшiнiң жарық жиiлiгiнен осындай тәуелдiлiгiн дисперсия құбылысы деп атайды

70.Зат бөлшектерінің корпускулалық-толқындық екіжақтылығы.Де Бройль гипотезасы және оның тәжірибелік расталуы.

Заттар бөлшектерінің екіжақтылық корпускулалық-толқындық табиғаты туралы түсінік бөлшектердің толық энергиясы мен жиілік арасындағы байланыс заттар бөлшектеріне тасымалданатындығымен одан әрі тереңдей түседі.

"Е=hʋ"

Бұл,энергия мен жиілік арасындағы ара қатынас формулада фотондар үшін, сол сияқты кез-келген өзге микробөлшектер үшін дұрыс универсал ара қатынасқа ие екенін растайды. Арақатынастың дұрыстығы соның көмегімен кванттық механикада атомдық және ядролық физикада алынған теориялық нәтижелердің тәжірибемен сәйкес келетіндігінен туындайды.

Заттар қасиетінің корпускулалық-толқындық дуализмі туралы экспериментпен дәлелденген де Бройль гипотезасы микрообъектілердің қасиеттері туралы түсінікті түбірімен өзгертті.Барлық микрообъектілерге корпускулалық,сол сияқты толқындық қасиеттер тән болып саналады сол уақытта микробөлшектердің кез-келгенін классикалық ұғымда бөлшек деп те, толқындық деп те санауға болмайды.

79.Ядроның байланыс энергиясы. Ядроның бөліну реакциясы.Энергия көздерінің мәселелері

Энергияның сақталу заңына кері процесс туындайды: ядролардың құрамды бөліктерге бөлінуі үшін, оның пайда болуы кезінде бөлінетін, энергияның сондай санын бөлу қажет. Ядроны бөлек нуклондарға бөлшектеу үшін жұмсау қажет болатын энергия ядролар байланыстарының энергиясы деп аталады.

Формуласы: Е_байланыс=[〖Zm〗_p (A-Z) m_n-m_я ] с^2

Уранның нейтрондармен сәулелленуі кезінде периодтық жүйенің ортасындағы лаптан мен барий дәлелденген болатын.Бұл нәтиже ядролық рекциялардың мүлде жаңа типі- ядролардан бөліну реакцияларының негңзі болып қаланды, соның негізінде ауыр ядро нейтрондардың әсерімен, соның салдары ретінде және өзге бөлшектер бірнеше неғұрлым жеңіл ядроларға, ең алдымен, массасы бойнша жуық, екі ядроға бөлінетін болып шықты.Оның бөлініс нейтрондары деп аталатын 2-3 қайталама нейтрондар шығарумен қоса жүру, ядролардың бөліну тамаша ерекшелегі болып саналады.Өйткені орташа ядролар үшін нейтрондар саны шамамен протондар (Z/N=1) санына тең, ал ауыр ядролар үшін нейтрондар саны протондар (Z/N=1.6) санынан анағұрлым артып кетеді, сондықтан пайда болған бөліну жарық шақтары нейтрондармен артық жүктелген, нәтижесінде олар бөлініс нейтрондарын шығару нейтрондарымен жарықшақ – ядролардың асқын жүгін толық жоймайды. Бұл, жарықшақтардың радиоактивті болуына әкеледі.Олар, гамма-кванттар шығарумен қоса жүретін бірқатар бетта-түрлендірулерге төтеп бере алады. Өйткені В-ыдырау нейтронының протонға түрленуімен қоса жүреді, сондықтан жарықшақтағы нейтрондармен және протондармен арадағы арақатынас тұрақты , изотопқа сәйкес келетін шамаға жетеді.

71.Анықталмағандықпринципі — физикалықжүйені сипаттайтын (қосымша физ. шамалардепаталатын) шамалардың (мыс., координат және импульс) бірмезгілдедәлмәндерқабылдайалмайтындығынтұжырымдайтынкванттықтеорияныңіргеліқағидасы. 1927 ж. немісфизигі Вагнер Гейзенберг ашқан. Анықталмағандықпринципі материя бөлшектерінің (электрондар, протондар, т.б.) корпускулалық-толқындықтабиғатыболатындығынайқындайды. СандықтұрғыданАнықталмағандықпринципібылайтұжырымдалады: егер — жүйенің инерция центріндегікоординатыныңанықталмағандықмәні, ал импульсыныңосінепроекциясыныңанықталмағандықмәніболса, онда осы анықталмағандықтардыңкөбейтіндісі Планк тұрақтысынан () кем болмайды Макроскопиялықшамалармен салыстырғанда аз шамаболғандықтан, бұлқатынасатомдықмасштабтағықұбылыстарғақатыстығанаорындалады. Анықталмағандықпринципі атом ішіндегіқұбылыстардыңзаңдылықтарынтүсіндіружәнекванттық механика саласыныңқалыптасуыкезінде аса маңыздырөльатқарды. Егер және сәйкесіншекоординаттыңжәне импульстың орташаквадраттықауытқулары болса:мұндағы —келтірілген Планк тұрақтысы. Анықталмағандыққатынасы - екіорайлас физикалык шамалармәніндегіанықталмағандықтардыңкөбейтіндісі (мысалы,импульс пен координатаның, энергия мен уақыттың) Планк тұрақтысынанкішіболуымүмкінемесдейтінтұжырым.

72. Толқындық функция және оның статистикалық мағынасы

Релятивтік емес (баяу бөлшектерге арналған) кванттық механиканың негізгі теңдеуін 1926 жылы Э . Шредингер тұжырымдап жазды. Бұл теңдеуді біз қарастырмаймыз, тек оның негізгі сипаттамасы мен салдарларын талдау жеткілікті.

Бұл — толқындық теңдеу және одан тәжірибелерде бақыланатын бөлшектердің толкындық қасиеттері шығады. Кванттық механикада бөлшектің күйін толқындық функциямен сипаттайды. Толқындық функция — координаталар мен уақыттың комплекстік функциясы, оның айқын түрі Шредингер теңдеуінің шешуінен шығады да, соңында бөлшекке әрекет ететін күштердің сипатымен анықталады.

Кеңістіктің берілген нүктесіндегі де Бройль толқындарының интенсивтігі (амплитудасының квадраты) осы нүктеге түсетін бөлшектердің санын анықтайтыны туралы жоғарыда айтқанбыз. Ал, егер жеке бөлшек қарастырылса, оған сәйкес де Бройль толқынының интенсивтігі бөлшектің осы нүктенің маңына түсу ықтималдығынбілдіреді. Кванттық механиканың ең маңызды ерекшелігі — микробөлшектің күйін ықтималдылық тұрғысынан сипаттау. 1926 жылы М. Борн ықтималдық амплитпудасы деп аталатын шама толкындық заңдылықпен өзгереді деген болжам айтты, бұл шаманы толқындың функция немесе ψ(пси)- функциясы деп атайды.

Толқындық функцияның модулінің квадраты берілген уақыт мезетіндегі бөлшектің кеңістіктің элементар dV аумағында болу ықтималдығын анықтайды:dW=|ψ|2dV

Басқаша айтқанда, де Бройль толқындарының интенсивтігі толқындық функция модулінің квадратымен анықталады. Егер кеңістіктің шексіз үлкен аумағын қарастырсақ, бөлшек міндетті түрде оның бір жерінде орналасуы керек, ал айқын оқиғаның ықтималдығы бірге тең. Олай болса,ʃ|ψ|2dV=1

Соңғы өрнек толқындық функцияны нормалау шарты болып табылады.

Қорыта айтқанда, толқындық функция микробөлшек күйінің негізгі сипаттамасы бола отырып, оның күй параметрлерінің орташа мәндерін есептеуге мүмкіндік береді.

Гейзенбергтің анықталмаушылық принципі. Классикалық механикада қозғалатын кез-келген материалдық нүктенің (бөлшектің) белгілі бір траекториясы және кез келген уақытта оның координаты мен импульсін дәл анықтауға болады. атом ішінде қозғалатын электронды қарастырайық; яғни оның координатын анықтамақ болайық. Атомның радиусы м, сонда атом ішіндегі электронның координатын анықтаудағы кететін қате м болады. Сонда электронның жылдамдығын анықтаудағы кететін қате; болады.

Бұл электронның атомның ішіндегі жылдамдығына тең екен. Сонда атом ішіндегі электронның жылдамдығын анықтаудағы қате сол жылдамдықтың өзіне тең болып отыр. Сондықтан атом ішінде электронның белгілі бір жылдамдықпен қозғалатын тұйықталған орбитасы бар деуіміз дұрыс емес.

кванттық теорияның негізінде уақыт пен энергияның анықтамаушылықтарды қарастырылады.

Осыдан белгілі бір жүйенің (бөлшектің) орташа өмір сүру уақыты дәл белгілі болса, онда ол жүйені сипаттайтын энергияны анықтауға болмайды. Керісінше –белгілі болса болады толқындық қасиеті болу есебінен классикалық бөлшектен ерекше айырмашылығы болады. Микробөлшектердің бір айырмасы, олардың траекториясы болмайды. Сондықтан бір мезгілде олардың координаттары мен импульстерін дәл анықтауға мүмкіншілік болмайды. Олай болса микробөлшектерді, макробөлшектерге тән шамалар мен тек жуықтап қана сипаттауға болады.

73. Шредингердің теңдеуі-релятивтік емес кванттық механиканың негізгі теңдеуі. Тік бұрышты бір өлшемді потенциалдық шұңқырдағы бөлшек. Бордың сәйкестік принципі

Шредингер теңдеуі, толқындық теңдеу – релятивистік емес кванттық механиканың негізгі теңдеуі. Мұны алғаш рет Э.Шредингер тапты (1926). Ньютонның механикадағы қозғалыс теңдеулері мен Максвелл электрдинамикадағы теңдеулері классик. физикада қандай түбегейлі рөл атқарса, Шредингер теңдеуі кванттық механикада сондай рөл атқарады. Шредингер теңдеуі толқындық функция (пси функция) арқылы кванттық нысандар күйінің уақыт бойынша өзгеруін сипаттайды. Егер бастапқы кездегі толқындық функцияның мәні 0 белгілі болса, онда Шредингер теңдеуін шешу арқылы осы функцияның кез келген уақыт мезетіндегі мәнін (x, y, z, t) табуға болады. V(x, y, z, t) потенциалы тудыратын күштің әсерінен қозғалатын, массасы m бөлшек үшін Шредингер т. мына түрде жазылады: , мұндағы d2/dx2+d2/dy2+d2/dz2 Лаплас операторы, =h/2 – Планк тұрақтысы. Бұл теңдеу Шредингердің уақытқа тәуелді теңдеуі деп аталады. Егер V уақытқа тәуелсіз болса, онда Шредингер теңдеуі төмендегі түрде жазылады: , мұндағы Е-кванттық жүйенің толық энергиясы. Бұл теңдеу Шредингердің стационер күйдегі теңдеуі деп аталады. Кеңістіктің шектелген аумағында қозғалатын кванттық жүйелер (бөлшектер) үлесі Шредингер теңдеуінің шешімі энергияның кейбір дискретті (үздікті) мәндерінде n1, n2, …, nn, … ғана болады; бұл қатардың мүшелері бүтін кванттық сандармен (n) нөмірленеді. Әрбір n-нің мәніне n (x, y, z) толқындық функциясы сәйкес келеді. Толқындық функцияның толық жиынтығы n1, n2, …, n, белгілі болса, кванттық жүйенің барлық параметрлерін анықтауға болады.

74.Сутегі атомы үшін Шредингер теңдеуінің шешімі. Кванттық сандардың толық жүйесі. Паули принципі. Сутегі атомына қолданған Шредингер теңдеуі Бор постулаттары мен кванттау шарттарынсыз сутегі атомының Бор теориясын алуға мүмкіндік береді. Мұнда энергияның квантталуы - Шредингер теңдеуін шешкен кезде өздігімен табиғи шарт ретінде пайда болады (потенциалдық шұңқырдағы бөлшектің энергиясын кванттау себебіне ұқсас ).

Шредингердің стационар теңдеуін сутегі атомына қолдану мынаны білдіреді:

а) бұл теңдеуге электронның ядромен өзара әсерлесуінің потенциалдық энергиясының өрнегін қою

U=-(Ze^2)/r, (1)

мұнда Ze-ядроның заряды, r- электрон мен ядро аралығы.

б) m-нің орнына электронның массасын m_eқою.

Сонда Шредингердің стационар теңдеуінің (∆Ψ+2m/ħ^2 (E-U)Ψ=0) түрі мынадай болады:

∆Ψ+2m/ħ^2 (E+(Ze^2)/r)Ψ=0 (2)

сфералық координаталармен өрнектелген Лаплас оператарының соңғы нәтижесін жазамыз:

∆Ψ=1/r^2 ∂/∂r (r^2 ∂Ψ/∂r)+1/(r^2 sinθ) ∂/∂θ (sinθ ∂Ψ/∂θ)+1/(r^2 〖sin〗^2 θ) (∂^2 Ψ)/(∂φ^2 )(5)

(2)-теңдеуге қойсақ сфералық координаталармен өрнектелген Шредингердің стационар теңдеуін аламыз:

1/r^2 ∂/∂r (r^2 ∂Ψ/∂r)+1/(r^2 sinθ) ∂/∂θ (sinθ ∂Ψ/∂θ)+1/(r^2 〖sin〗^2 θ) (∂^2 Ψ)/(∂φ^2 )+(2m_e)/ħ^2 (E+(Ze^2)/r )Ψ=0 (6)Кванттық сандар– кванттық жүйелерді (атом ядросын, атомды, молекуланы, т.б.), жеке элементар бөлшектерді, жорамал бөлшектерді (кварктер мен глюондарды) сипаттайтын физикалық шамалардың мүмкін мәндерін анықтайтын бүтін немесе бөлшек сандар. Кванттықжүйекүйінтүгелдейанықтайтынкванттықсандардыңжиынтығын толықкванттықсандар депатайды. Атомдағыэлектронныңкүйіүшкеңістіктік координата және спинменбайланысқанэлектронныңтөртеркіндікдәрежесінесәйкескелетінтөрткванттықсанменанықталады. Оларсутек атомы жәнесутектәріздіатомдарүшінбылайшааталады: бас кванттықсандар (n), орбиталықкванттықсандар (l), магниттік кванттықсандар (ml), магниттіспиндік не спиндіккванттықсандар (ms). Кванттықсандармикродүниедеөтетінпроцестердіңдискреттісипаты бар екендігінбейнелейдіәріоларәсерквантымен, яғни 'Планк тұрақтысымен тығызбайланыстыболады. Спин-орбиталықөзараәсерескерілгенкездеэлектронныңкүйінсипаттауүшінml мен ms-тіңорнынатолыққозғалысмөлшерімоментінің кванттық саны (j) мен толық момент проекциясының кванттық саны (mj) пайдаланылады. Атомның, т.б. кванттықжүйелердіңкүйінсипаттауүшін күйжұптылығы (P‘) делінетінтағы да біркванттық сан енгізіледі. Ол +1 не –1 мәндерінқабылдайды. Элементарбөлшектерфизикасы мен ядролықфизикадабұдан да басқакванттықсандаренгізіледі. Мысалы, электрлік заряд (Q), бариондық заряд (B), электронды-лептондық заряд (Le), мюонды-лептондық заряд (L), изотоптық спин (T), ғажаптылық (оғаштық) (S) не гиперзаряд, т.б. Кванттықсандарэлементарбөлшектердіңкванттықсандарыолардың (бөлшектердің) өзараәсері мен бір-бірінеайналупроцесінанықтайтынішкісипаттамасыболыптабылады. Кеңмағынада кванттықсандар деп, көбінесе, кванттықмеханикалықбөлшектер (немесежүйелер) қозғалысынанықтайтынжәнеқозғалыскезіндесақталатынфизикалықшамалардыайтады.

Паули принципі. Күрделіатомдардыңорбитальдарынэлектрондарментолтыруүшінорбитальдардыңәрқайсысында бола алатынэлектрондарсанынанықтапалуқажет. Олүшін 4 квант санынөзаракомбинациялайдыңжолынбілукерек.

Швецарияфизигі В. Паули 1925 жылыэлементтердіңпериодтықжүйедегіорнынақарапжәнеспектрлерінанализдейотырып, квант сандарынэлектронныңреалдыкүйінсипаттайалатындайетіп, комбинациялаудыңжалпыпринципінұсынған. Паули бұлтыйым салу депаталғанпринципібойыншабіратомныңішіндебарлықжағынанұқсасекі электрон болуымүмкінемес, яғниатомдағы 2электронның 4 квант саныныңтөртеуі де бірдей бола алмайды.

Атомдағыәрбірэлектронныңбасқалардангөріеңкеміндебір квант саны өзгешеболуыкерек. Паули принципінпайдаланаотырыпалғашқыекі квант қабатында бола алатынэлектрондардыңсанынтабайық: n = 1, l = 0 десек, ондағыэлектрондардың тек спиндеріғанаөзгешеболады:

n l m s;1 – электрон: 1 0 0 +½; 2- электрон: 1 0 0 -½

Мұндаүшінші электрон болуымүмкінемес, егерболғанжағдайдаонда Паули принципінбұзып, үшінші электрон алғашқыекеуініңбіреуінеұқсапкетереді. n = 2 болғандабірінебіріұқсамайтын 8 электрон бола алады. Бір квант қабатындағыбірдейорбитальдардыэлектрондарментолтыруүшінГундережесінбілукерек. Гундережесібойыншаберілгенқабатшадағыэлектрондардың спин сандарыныңқосындысымаксимальболуышарт.

75. Кванттық статистика жайлы жалпы мәліметтер. Ферми – Дирак және БозеЭйнштейн үлестірілу функциялары.Бозондар мен фермиондар. Ұқсас бөлшектердің ажыратылмаушылық принципі.

75.Кванттық статистика. Ферми-Дирак үлестіруі. Бозе-Эйнштейн үлестіруі.

Кванттық статистика – статистикалық физиканың кванттық механика заңдарына бағынатын көп бөлшектер жүйесін зерттейтін саласы.

Ферми-Дирак үлестіруі. Бұл бөлшектердің антисиметриялық күйін қарастырады. Квантық механикадағы антисиметрия толқындық функциямен сипатталады. Мысалы, бұған электрон жатады. – спиндер.

2) – симметрия толқындық функциямен сипатталады. Бұл Бозе-Энштейн үлестіруі S=0,1,2,…

3) Планк үлестіруі.

Бұлсәулешығару, жұту, т.б. қарастырылады. Солардыңүлеструі.

1-ші үлестірубойыншатермодинамикалықшамаларөзаракоммутативтіемес (орынауыстыруғаболмайды). Мұндатермодинамикалықшамалардыңбарлығыоператорлықтүрдеқарастырылады.

2-ші үлестірудекерісінше, яғни коммутативтіболады.

3-ші үлестіруабсолюттіқарадененіңсәулеленуініңтеориясынқұрайды.

Ферми – Дирак үлестіруі.

Ферми – Дирак үлестіруінПаулидіңпринципінесүйенеотырыптабуғаболады. Мұндабіркүйдегі n – бөлшектің саны не 0-ге, не 1-ге теңболады.

n=0 , 1

Бұлүшінегер де

(1)

-термодинамикалық потенциал, μ-химиялық потенциал. Бізбілеміз: ,онда орта мәні немесе (2)

Ферми – Дирак үлестіруішығады: Бозе-Эйнштейна үлестіруі.Бұл симметриялық бөлшектергеонда , симметриялықтолқындық функция.

Геометриялық прогрессия орындалуүшін, керектітурдеμ<1, яғнихимиялық потенциал керітүрдеболуыкерек: ондаФермиондар дегеніміз не? Мысалы.Жартылай спинді бөлшектер, антисимметриялы толқындық қасиетпен сипатталады және Ферми-Дирак статистикасына бағынады. Бұл бөлшектерді фермиондар деп атайды. Мысалдары: (индекс астында және үстінде жақшада) p{1.1}, n{0.1}, e{-1.0}

Бозондар дегеніміз не? Мысалы.Нолдік және бутин спинді (п-мезондар, фотондар), симметриялы толқын функцияларымен сипатталады және Б-Э статистикасына бағынады.

Ферми дегеніміз не?Т=О К кезінде металдағы өткізгіш электрондарында болатын максималды кинетикалық энергия және ЕF деп белгіленеді.

76. Металдардағы ток тасымалдаушылары. Металдағы электрондық ферми газ.Металдар өткізгіштігінің кванттық теориясы.

Металдаардағы электр зарядын тасымалдаушылар электрондар. Ферми газ ( немесе фермасы идеалды газ - Дирак ) - ферма статистика қанағаттандыратын бөлшектердің газ - Дирак , жоғары және салмағы төмен концентрациясы бар . Мысалы, металл электрондар . Бірінші жақындаған , біз металл электрондардың әлеуетті актерлік тұрақты деп санауға және себебі күшті скрининг болады оң иондары электрондар арасындағы электр отталкивания жолымен ескермеуге болады тапсырды. Дирак - Сонда металл электрондар фермасы мінсіз газ ретінде қарастыруға болады . Кванттық өріс теориясы (QFT) - бостандығынан шексіз көптеген дәрежесі бар кванттық жүйелердің әрекетін зерттейтін физика филиалы - кванттық (немесе квантованных) өріс; микрочастиц, олардың өзара және өзгерістердің теориялық негізде сипаттамасы. Ол барлық жоғары энергиялар физикасы, элементар бөлшектер физикасы және конденсатталған физика негізделген кванттық өріс теориясы болып табылады. (Массасының нейтрино қосылған) Стандартты моделі түрінде өрістің кванттық теориясы қазір сипаттау және (олардың қалғандары энергиясын әлдеқайда жоғары энергиялар кезінде, яғни,) жоғары энергиялар кезінде элементар бөлшектер әрекетін болжауға болады, тек эксперименттік расталды теориясы болып табылады.

77.Қатты денелердің аумақтық теориясы. Аумақтық теориядағы металдар, диэлектриктер мен шалаөткізгіштер. Қоспалық және өзіндік шалаөткізгіштер. Фотоөткізгіштік.

1.1. Қатты денелердің зоналық теориясы туралы түсінік

Еркін электрондар моделіне сәйкес металл атомдарының валенттілік электрондары үлгінің шегінде еркін орын ауыстыра алады. Металдардың электр өткізгіштігін нақ осы валенттілік электрондар жасайды, осы себебтен оларды өткізгіштік электрондар деп атайды.

Еркін электрондарды кристалда бір-біріне жақындатқанда валенттік электрондардың энергиясы квазиүздіксіз өзгереді. Бұл, рұқсат етілген энергия мәндерінің өте көп жақын орналасқан дискретті деңгейлерден тұратынын білдіреді. Шын мәнінде кристалда валенттілік электрондар толығымен еркін қозғала алмайды – оларға тордың периодтық өрісі әсер етеді. Бұл жағдай, валенттік электрондардың энергияларының мүмкін болатын мәндерінің спектрінің бір қатар, рұқсат етілген және тыйым салынған зоналарға ыдырайды (1-сур.). Рұқсат етілген зоналар шегінде энергия квазиүздіксіз өзгереді. Тыйым

салынған зоналардағы энергия мәндерін қабылдау мүмкін емес.

1.2. Зоналар теориясы бойынша металдар, жартыла өткізгіштер және диэлектриктер

Энергетикалық зоналардың болуы, бір көзқарас тұрғысынан, металдардың, жартылай өткізгіштердің және диэлектриктің болуын, түсіндіреді.Атомның негізгі күйіндегі валенттік электрондар тұратын рұқсат етілген зонаны, валенттік зона деп атаймыз. Абсолюттік нольде валенттік электрондар валенттік зонаның төменгі деңгейлерін екі-екіден толтырады. Жоғарырақ рұқсат етілген зоналар электрондардан бос болады. Валенттік зонаның толу дәрежесіне қарай және тыйым салынған зонаның еніне қарай, 3 – суретте көрсетілгендей, үш жағдай болуы мүмкін. а жағдайында электрондар валенттік зонаны толығымен толтырмайды. Сондықтан, жоғары деңгейде тұрған электрондарға өте аз энергия берілсе болды, олар жоғарғы деңгейге ауысады. Электр өрісінің электронға әсерінен пайда болған қосымша энергия да, электрондарды жоғарырақ деңгейге ауыстыруға жеткілікті болады. Сондықтан, электр өрісінен электрондар үдетіліп және, өріске қарсы бағытта, қосымша жылдамдық алады. Сонымен, осындай сұлбалы энергетикалық деңгейлері бар кристалл металл болып саналады.

78. Атом ядросы. Атом ядросының құрылысы және негізгі қасиеттері. Ядролық күштер.

Атом ядросы — протондар мен нейтрондардан (нуклондардан) құралатын атомның ең ауыр, орталық бөлігі. Атом ядросының негізгі сипаттамаларының бірі оның электр заряды болып табылады. Атом ядросының зарядын алғаш рет 1913 жылы Г.Мозли өлшеген. Ал ядроның зарядын тікелей өлшеуді ағылшын физигі Дж.Чедвик 1920 жылы жүзеге асырды. Атом ядросының заряды элементар электр зарядының Менделеев кестесіндегі химиялық элементтің реттік нөміріне көбейтіндісіне тең болады:

Сонымен, Менделеев кестесіндегі химиялық элементтің реттік нөмірі кез келген элемент атомының ядросындағы оң зарядтардың санымен анықталады. Сондықтан элементтің реттік нөмірінзарядтық caн деп атайды. Ол оң зарядталған ядродан және теріс зарядталған элетродтардан тұрады. Атом ортасында оң зарядталған ядродан және оның қабықшасын құрайтын, орасан зор жылдамдықпен қозғалатын электрондардан тұрады

Элементар электр заряды е=-1,6*10-19 Кл. Электронның массасы m =9,1 * 10-31 кг

Ядроның құрамына оң зарядталған бөлшек протон және нейтрон деп аталатын бейтарап бөлшек кіреді

Ядродағы нейтрондардың саны протондардың санына тең

Ядроның заряды оң және абсолют мәні бойынша атомдағы барлық электрондардың зарядына тең

Оң ион-кандай да бір өзара эрекеггесу нәтижесінде электрондарынан айрылған атом

Теріс ион - қандай да бір өзара әрекеттесу нәтижесінде артық электрондарды қосып алған атом

Атомның өлшемі өте кіші 10-10 м

Атом ядросының өлшемі (10-14 м ), атомнан он мың есе кіші.

Ядролық күштер , атом ядросын құрайтын нуклондардың арасына әсер ететін және ядроның құрылысы мен қасиеттерін (электрмагниттік күштермен бірге) анықтайды. Ядролық күштердің басқа күштерден (мысалы, гравитациялық және электр-магниттік күштер) өзгеше қасиеттері бар. Оларды қысқаша айтсақ төмендегідей: 1) ядродағы нуклондар арасында әсер ететін күштің шамасы атомның электрондық қабықтарында әсер ететін күштің шамасынан әлдеқайда артық. Сондықтан да нуклонды атом ядросынан сыртқа қарай бөлініп шығару үшін млн-даған эВ-қа тең энергия жұмсалуы керек. 2) Ядролық күштер электр-магниттік және гравитациялық күштерге қарағанда өте қысқа қашықтыққа әсер ететін күш болып есептеледі. Егер екі нуклонның арасындағы қашықтық 10–13 см-ден асса, онда ядролық күштердің шамасы нөлге дейін кемиді.

79. Ядроның байланыс энергиясы. Ядроның бөліну реакциясы. Энергия көздерінің мәселелері.

Байланыс энергиясы — байланысқан жүйені, оны құрайтын бөлшектерге жіктеуге және оларды бір-бірінен арасында өзара әсер болмайтындай қашықтыққа алыстату үшін жұмсалатын энергия. Байланыс энергиясы — теріс таңбалы шама. Өйткені байланысқан жүйенің түзілуі кезінде энергия бөлініп шығады. Байланыс энергиясының абсолют шамасы жүйе байланысының беріктілігін және жүйенің орнықтылығын сипаттайды. Басқаша айтқанда, Байланыс энергиясы артқан сайын жүйе берік болады, яғни жүйені оны құрайтын бөлшектерге жіктеу үшін жұмсалатын энергия да көп болады. Ядроның бөлінуі, атом ядросының бөлінуі – ауыр атом ядроларының өздігінен не басқа бір бөлшектердің әсерінен бірнеше бөлшекке (көбінесе 2 бөлшекке, сиректеу 3 және 4 бөлшекке) бөлінуі.Атом ядросы бөлінуінің алғашқы теориясын 1939 ж. Я.И. Френкель (КСРО), сондай-ақ Н. Бор және Дж. Уилер (АҚШ) жасады. Ядроның бөлінуі кезінде бөлініп шығатын нейтрондарды шапшаң және баяу нейтрондар деп аталатын екі топқа бөлуге болады. Тізбекті реакция жүру үшін әрбір нейтронның ядроны бөлуі шарт емес. Тек ядроға тізбекті реакция өту үшін қажетті мөлшердегі нейтрондардың саны түссе болғаны.

80. Радиоактивтік. Радиоактивті ыдырау заңы. Ыдырау түрлері мен заңдылықтары.

Радиоактивтi ыдырау таза статистикалық құбылыс. Берiлген ядроның қай уақытта ыдырайтынын алдын ала айту мүмкiн емес. Радиоактивтi ыдырау ықтималдығымен анықталады ( ). Оны ыдырау тұрақтысы деп айтамыз. Ядроның радиоактивтi қасиетi оның күйiн өзгерткенде өзгередi, берiлген күй ядро үшiн тұрақты.

Бұдан t мен t+dt уақыт аралығында ыдырайтын ядролардың саны (N), dt уақыт аралығына пропорционал болу керек.

dN= - N0 dt (5.6.1.)

мұндағы, “-“ таңбасы уақыт өткен сайын ядролар саны (ыдырамаған) азаятындығын бiлдiредi.

(5.6.1) теңдiктi интегралдасақ, онда

N=N0e t (5.6.2.)

мұндағы: N0 - алғашқы t 0 кездегi ядролар саны. (5.6.2) формула

ыдырау заңы деп аталады

Радиоактивтi ядро, ыдырау тұрақтысымен ( ) қатар,жартылай ыдырау аралығы (T) жəне орташа өмiр сүру уақытымен сипатталады.

N=N0/2 = N0e T (5.6.4.) Əртүрлi заттар үшiн радиактивтi ыдырау жылдамдығытүрлiше болады, олай болса жартылай ыдырау аралығы да əртүрлiСонымен атом ядросының радиактивтi ыдырауы сақталу заңдарына қатаң бағынады, яғниэлектр зарядының сақталуы; нуклон санының (масалық сан) сақталуы; массалар мен энергияның сақталу заңы дəл орындалады.Ыдырау кезiндегі нуклондар саны өзгермейдi, сондықтан жаңа ұрпақтық ядродағы бөлшектердiң массалар саны, бастапқы аналық ядродағы массалар санына тең болады. Массалар мен энергияның бiрiккен сақталу заңы, мынадай түрде өрнектеледi:

M a M E ; C 2

мұндағы: E- радиактивтi ыдырауда бөлiнетiн энергия

α-ыдырау. α-ыдырау нəтижелерінен ядро өлшемін анықтау α- бөлшектектердің спектрі

α-ыдырау деп, радиоактивті атом ядросының өздігінше түрленуінен альфа бөлшегін шығаруды айтамыз. Осындай түрлену кезінде электр заряды (Z) жəне массалық саны (А) болып келген аналық ядро, заряды Z-2 ал массалық саны А-4 болып келген ZХА→Z-2YA-4+ 2He4 жаңа ұрпақтық ядро түзеді. Осындай альфа ыдырауға қатысқан ядроны, альфа-активті немесе орнықсыз альфа ядросы деп айтады.

α-активті ядроның өмір сүру уақыты өте үлкен аралықта ауытқиды, мысалы полоний

(84Ро212) үшін 3•10-7сек., ал неодим (60Nd144) үшін 5•1015 жыл, ал α-активті ядроның жартылай ыдырау аралығы немесе өмір сүру уақыты, альфа бөлшегінің энергия шамасына тығыз байланысты.

Бета ыдырау. Бета ыдырау түрлері

Бета ыдырау түсінігі үш ядролық түрленуден тұрады: электронды (β-) ыдырау, позитронды (β+) ыдырау жəне электронды қармау. Мұндай түрлену кезінде массалық сан (А) өзгермей, реттік нөмірі (Z+1) бір бірлікке өзгереді жəне бета бөлшегі немесе позитрон бөлініп шығады:

ZXA→ Z+1YA+e-+

ZXA→ Z-1YA+e++

Атом ядросының физикасында қызықты əрі маңызды бета ыдырау мəселесі, мынадай себептерден болады:

Бета ыдырау ядролық түрлену процесі (тараған процесс) болып табылады. 1965 жылдың ортасына дейін бета радиоактивті изотоптардың 1200-ден астамы белгілі болды.

Бета радиоактивтілікті зерттегенде əсерлесудің жаңа типтері кездеседі, ол нəзік əсерлесулер олар бета ыдырау жəне қарапайым бөлшектердің ыдырауында жауапты. Керісінше нуклондар, гиперондар жəне мезондар арасында күшті əсерлесулер болады. Осы əсерлесу нуклондар аралығындағы ядролық күшпен түсіндіріледі. Əлсіз əсерлесулер ядролық əсерлесулер мен электромагниттік əсерлесулерден де аз болады.

Бета электрондардың энергия спектрінің формасын зерттей отырып бета ауысу кезіндегі импульс моментінің өзгеруін жəне ядро жұптылығы туралы мəлімет алуға болады

Гамма сəулелену

Гамма-сəулелену өте жоғары энергиялы фотондар болып табылады. Гамма сəулелену деп ядролардың өздігінше гамма-сəулесін шығаруды айтамыз. Гамма-квант шығару кезінде ядро қозған күйден энергияны аз күйге көшеді. Ядро қозған күйден негізгі күйге бірден гамма квант шығарып ауысады немесе сатылап біртіндеп бірінен кейін біріне бірнеше гаммалық квант шығару арқылы өтеді. Гамма-сəулесі қысқатолқынды (λ≤10-10) электромагниттік сəуле болып табылады.