- •Часть 3. «Оптика. Атомная и ядерная физика.»
- •1. Основные теоретические сведения
- •Закон Брюстера
- •Закон Стефана-Больцмана
- •Закон радиоактивного распада
- •2. Примеры решения задач
- •Ядерная физика. Пример 11. Сколько атомов распадается в 1 г за среднее время жизни этого изотопа?
- •3. Задачи для самостоятельного решения
- •Ядерная физика
- •4. Приложения
- •Литература
Закон Стефана-Больцмана
,
где
- излучательность абсолютно черного
тела;
- термодинамическая температура;
- постоянная Стефана-Больцмана.
Излучательность серого тела
,
где
- коэффициент черноты (коэффициент
излучения) серого тела.
Закон смещения Вина
,
где
- длина волны, на которую приходится
максимум энергии излучения;
- постоянная закона смещения Вина.
Зависимость максимальной спектральной плотности излучательности от температуры
,
где
-
постоянная в законе, связывающем
максимальную спектральную плотность
энергетической светимости черного тела
с термодинамической температурой.
Формула Эйнштейна для фотоэффекта
,
где
- энергия фотона, падающего на поверхность
металла;
- работа выхода электрона;
- максимальная кинетическая энергия
фотоэлектрона;
- постоянная Планка.
В
случае, если энергия фотона много больше
работы выхода
,
,
если фотоэффект вызван фотоном, имеющим
энергию
,
то
,
где
- масса покоя электрона.
Если
фотоэффект вызван фотоном, имеющим
энергию
,
то
,
где
,
- масса релятивистского электрона;
- энергия покоя электрона;
- скорость света в вакууме.
Красная граница фотоэффекта
или
,
где
- минимальная частота света, при которой
еще возможен фотоэффект;
- максимальная длина волны света, при
которой еще возможен фотоэффект.
Давление, производимое светом при нормальном падении,
,
где
- облучённость поверхности;
- скорость света в вакууме;
- объемная плотность энергии излучения;
- коэффициент отражения.
Изменение длины волны при эффекте Комптона
,
где
- длина волны фотона, испытавшего
соударение со свободным или слабосвязанным
электроном;
- длина волны фотона, рассеянного на
угол
после столкновения с электроном;
- масса покоящегося электрона.
Комптоновская длина волны
.
Энергия светового фотона равна разности энергий тех стационарных состояний, между которыми совершается квантовый переход электрона:
,
или
,
где
– энергия ионизации атома водорода
(
);
- постоянная Планка;
– энергия электрона на орбите n;
– энергия электрона на орбите k;
– циклическая частота излучения.
Если
,
фотон излучается, при
наблюдается поглощение фотона с частотой
.
Модуль момента импульса электрона, движущегося вокруг ядра, кратен :
,
где
– масса электрона;
- его скорость на n-й
орбите;
- радиус этой орбиты; n=1,
2, 3, …- целое положительное число (главное
квантовое число).
Длина волны де Бройля
,
где
– модуль импульса частицы.
Модуль импульса частицы и его связь с кинетической энергией T:
а)
,
;
б)
и
,
где
– масса покоя частицы;
– релятивистская масса;
- скорость частицы;
– скорость света в вакууме;
– энергия покоя частицы (
).
Одномерное уравнение Шредингера для стационарных состояний.
,
где
- волновая функция, описывающая состояние
частицы;
– масса частицы;
– полная энергия;
- потенциальная энергия частицы.
Вероятность
обнаружить частицу в интервале от x
до x+dx
(в одномерном случае) выражается формулой
,
где
- плотность вероятности.
Вероятность обнаружить частицу в интервале от x1 до x2 находится интегрированием в указанных пределах:
.
Собственное значение энергии частицы, находящейся на n-м энергетическом уровне в бесконечно глубоком одномерном прямоугольном потенциальном ящике, определяется формулой
(n=1,
2, 3,…), где
- ширина потенциального ящика.
Соответствующая этой энергии собственная волновая функция имеет вид
.
Массовое число ядра (число нуклонов в ядре)
,
где
—
зарядовое число (число протонов);
—число
нейтронов.
