Doc1

1.Основне положе­ния геометриче­ской оптики. Пол­ное отражение.

Законы геометриче­ской оптики :

1.Закон прямоли­нейного распростра­нения света: Свет от источника распро­страняется по пря­мым геометриче­ским линиям и если на пути пучка по­мещаем экран , то наблюдаем тень.

2. З-н независимости световых пучков: пучки исходящие от различных ис­точни­ков распро­страня­ются незави­симо друг от друга; т.е. не взаимодей­ствуют между со­бой.

3. Закон отражения света: луч падаю­щий и луч отражен­ный лежат в одной плоскости с норма­лью в точку падения, причем угол паде­ния равен углу от­раже­ния.

В ряде случаев удобно пользоваться углом скольжения - от границы раздела 2-чх сред.

Li=Li’

4.Закон преломле­ния: луч падающий,

нормаль в точку па­дения и луч прелом­ленный лежат в од­ной плоскости, при­чем :

sini/sin r =n1,2=n1/n2

=v1/v2

5.Явление полного внутреннего отра­жения определяется как:

sin i пред=n1,2

Наблюдается только в том случае, когда среда в которую должен проходить луч менее плотная.

3. Интерференция света. Сложение световых волн. Ко­герентность (К). Возьмем 2 гармони­ческих колеб-я оди­наковой частоты: Колеб-е, полученное при сложении: (1)

Выражение (1) по­казывает, что апли­туда(А) результи­рующего колеб-я не равна сумме A-д складывающихся кол-й, а может быть < или >, в зав-ти от разности фаз. Если она равна ,то , если ,то . Следо­вательно, при сложении 2-х кол-й одного периода, различают 2 случая: 1) Разность фаз кол-й остается неизмен­ной за время, доста­точное для наблю­дения. Средняя энергия (СЭ) ре­зульт-го кол-я отли­чается от суммы СЭ складываемых кол-й и может быть < или > в зав-ти от разно­сти фаз. В этом слу­чае кол-я наз-ся К-ми; сложение кол-й , при которых нет суммирования ин­тенсивности наз-ся интерференцией кол-й ; 2) Разность фаз кол-й беспоря­дочно меняется за время наблюдения, СЭ результ-го кол-я = сумме СЭ исход­ных кол-й. Кол-я в этом случае наз-ся неког-ми. При их сложении всегда на­блюдается сумми­рование интенсив­ностей, т.е. интер­ференции нет.

Ког-ые кол-я можно получить искусст­венно с помощью оптических кванто­вых генераторов света. Испол-уя из­л-ие одного атома или группы атомов, можно по­лучить кол-я, близ­кие к ког-м по своим св-вам. Впервые - Френель; изл-ие группы атомов раз­делилось на 2 по­тока отражением от зеркал – бизеркало Френеля. Кроме него - билинза, бипризма.

4. Расчёт интерфе­ренционной кар­тины от двух источ­ников.

В основе расчёта всех интерференци­онных схем лежит общая интерференци­онная схема (опыт Юнга). В нём имеется источник света, экран с отверстиями. Коле­бания от источника попадают в ответстия.

Интенсивность:

I~4a²cos²(π(d2-d1)/λ--φ/2)

или ; где - разность фаз.

Если начальные фазы одинаковы, то есть =0 и I двух интер­ференционных волн ~4а²cos²(πm); целым значениям m соот-ют различия по фазе на 2 πm и I~4а²

При m – полуцелом, фазы складываю­щихся колебаний противоположны и интенсивность равна 0.

Разность хода лучей:

max:

, m=0,1,2…

min:

, m=1,2,3…

5.Интерференция света в тонких плёнках.

Пусть на плоско па­раллельную прозрач­ную плёнку с показа­телем преломления n и толщиной d под углом i падает пло­ская монохроматиче­ская волна (рассмот­рим 1 луч ).На по­верхности пленки в точке О луч разде­лится на 2 : час­тично отразится от верхней поверхности плёнки(луч 1),а час­тично преломится. Преломлённый луч, дойдя до точки С, час­тично преломится, а частично отразится. Отражённый луч пойдет к точке В, где он опять частично отразится и прело­мится (луч 2),выходя в воздух под углом i. Вышедшие из пленки лучи 1и2 когерентны. Оптиче­ская разность хода, возникшая ме­жду двумя интерфе­рирую­щими лучами от точки О до плос­кости АВ, Δ=n (|ОС|-|СВ|)-n₀|ОА|

где n₀-показатель пре ломления окружаю­щей среды. Для на­шего случая n₀=1,ОС=СВ=d∕соs r, ОА=ОВ sin i= 2dtg r sin i

Δ=2dn/cos(r)-2d tg r sin i =2d(n²-nsin r sin i)/ncos r и принимая во внима­ние закон преломления

n₀sin i =n sin r ,

Δ=2dncos r=2dn√1-sin²r =2d√n²-sin²i .

При вычислении разно­сти фаз δ ме­жду коле­баниями в лучах 1и 2 нужно учесть измене­ния фазы волны при от­ражении от границы раздела среды, оп­тиче­ски менее плотной, со средой оптически более плотной. Фаза волны претерпевает измене­ние на π, что соответст­вует по­тери полуволны для оптической разно­сти хода.

Δ=2d√n²-sin² i ± λ₀/2

Если n>n₀, потеря по­луволны произойдёт в точке О и λ0/2 бу­дет отрица­тельна. Если n<n₀–точка С: λ0/2>0 , λ0-длина волны в ва­куме.

При интерферен­ции условие max :

Δ=2d√n²-sin² i ±λ0/2=mλ0

где m=0,1,2…

Условие min :

Δ=2d√n²-sin² i ±λ0/2=(2m+1)λ0/2

где m=0,1,2…

6. Интерференция многих волн. Ин­терферометры.

Явление интерфе­ренции использу­ется в весьма точ­ных приборах, по­лучивших название интерферометры. Наиболее извест­ный - интерферо­метр Жамена. Этот интерферометр применяется для точных измерений показателя пре­ломления газов и их зависимость от температуры, дав­ления, влажности. Основными эле­ментами являются две пластинки, на одну из которых попадает свет от источника, на пла­стинке А пучёк частично отража­ется и идёт через кювету К1. Час­тично преломля­ется в плоскости А, затем отражается и проходит кювету К2 и падает на плоскость В. Затем лучи через соби­рающую линзу по­падают на экран или зрительную трубу.

Это разность хода, которая возникает вследствие разно­сти показателей преломления.

По сдвигу интер­ференционных по­лос определим ве­личины преломле­ния неизвестного газа :

Существует также интерферометр Майкельсона – служит для опре­деления малых от­клонений и малых углов. Состоит из зеркал и плоскопа­раллельных пла­стин. Одно из зер­кал устанавлива­ется на исследуе­мый объект. Ин­терферометр ака­демика Линника используется в за­водских лаборато­риях для определе­ния качества обра­ботки поверхности до 7-8 класса (гру­бые поверхности – механическая об­работка).

7Дифракция света. Принцип Гюй­генса-Френеля (Г-Ф). Зоны Френеля.

Согласно з-ну прямолинейности света: свет от ист-ка наблюдения распр-ся по прямым линиям. Дифракция (Д)– от­клонение распр-ия пучков света от прямол-ого направл-я. Первой волновой тео­рией, к-рая объясняла явл-е распр-ния света, была теория Г. По принципу Г.: каждую точку поля волны можно рассм. как источник вторичных волн, распр-ся вперёд по всем направлениям в т. ч. и в об­л. геметр-ской тени. Благодаря Ф. принцип Г. получил новую формулировку и содержание, что позволило объяснить Д-ые явл-ия.

1. Следуя Г- Ф-ль считал, что для решения за­дачи о распр-и волн возбуж­даемых к-либо ист-ом S0 можно заменить ис­т-к S0, эквива­лентной ему систе­мой фиктивных ис­т-ов и возбуж­даемых ими вторич­ных волн. В каче­стве этих ист-­ов можно выбрать малые участки пов-сти S, охва­тывающей S0. В со­отв-ии с пр-ом Г-Ф можно по­в-ть S разбить на бесконечное число малых уч-­ов, кот. испус­кают вторичные волны, кот. распр-ся по всем направлениям. 2. Ф существенно развил пр-п Г, предположив, что вторичные ист-ки эквивалентные одному и тому же ист-ку S0 коге­рентны между со­бой. Поэтому в лю­бой точке вне вспомогательной замк­нутой пов-ти S волны, распр-ся от ист-ка S0, должны явл-ся результатом интер­ференции всех вто­ричных волн. Выбор пов-сти S произволен. Колебания вдоль S соверша­ются в одной фазе. Ф предполо­жил что в том случае, когда часть пов-сти S прикрыта непрозр-ми

экранами, вторичные волны изл-ся только открытыми уч-ми пов-ти S. Изл-ие этих уч-ов не зависит от материала, формы, размеров экрана, т. е. происходит, как если бы этих препятствий не было. Исходя из пр-па Г-Ф, можно получить з-он прямолинейного распр-ния света.

7. Следуя Г, построим волновую пов-сть S радиуса R. Разобьём эту пов-ть на зоны, т. обр граница первой зоны будет нах-ся от точки M на расст. второй зоны Ф. При таком разбиении волновой пов-сти колебания приходящие в точку M от соседних зон противоположны по фазе, т. к. разность хода от этих зон до точки М=λ/2 . Поэтому кол-ния приходящие в точку М от соседних зон ослабляют друг друга.

А=А1-А2+А3-А4+ (*) - амплитуда(А) результирующих колебаний в точке М.

А1- А колебаний возбуждаемых в точке М первой зоной Френеля.

V (А1>А2>А3>…)

А колебаний зависит от площади излучающей пов-ти V, и от угла между нормалью и направлением в точку М.

α - угол между нормалью и направлением волны. Чем он меньше, тем меньше действие он оказывает.

rֽ - внешний радиус i-ой. зоны Ф.

Вн радиус i-ой. зоны Ф. Ф было показано, что площади зон практически равны, а их число очень велико и =3*10^5

В силу этого А1≈А2≈А3 и т. д. => (*) можно переписать таким образом :

А=А1/2+(А1/2-А2+А3/2)+(А3/2-А4+А5/2)+…=> А=А1/2

I~(A1)^2/4 – интенсивность колебаний в точке М.

А=А1/2, I~A1²/4

Т. о., следуя Ф, приходим к заключению, что свет от источника S0 в точку М распространяется прямолинейно в пределах первой центральной зоны.

8.Дифракция Френеля(Ф) от сферических волн.

Дифракция(Д) сферической волны на круглом отверстии.

Построим в том месте, где находится круглое отверстие, волновой фронт. Разобьём открытую часть фронта на зоны Ф. Пусть в отверстие укладывается m - зон Ф. Результат сложения колебаний, амплитуда колебаний в точке М будет зависеть от чётности и нечётности числа М. При сложении амплитуд возможны 2 случая:

А=А1-А2-..+ (-1)^ ^(m -1)*Am=

а)А1/2+Аm/2, m-неч

б)[(А1+Аm-1) -2* *Аm ]/2, m-чёт.

Наиболее светлым будет пятно, когда в отверстии будет укладываться одна зона Френеля и наиболее тёмным - когда две. Если отверстие велико, то никакой интерференции не будет. Если отверстие освещается белым светом, то на экране наблюдается многоцветная, радужная окраска колец, т. к. число зон, укладывающихся в отверстие, зависит от длины волны света.

Если в отверстие укладывается одна зона Френеля, то амплитуда колебаний в точке М в 2 раза больше чем полный открытый волновой фронт, а I в 4 раза больше.

I~А²ֽ A=A1ֽ

Интенсивность колебаний, в точке М можно сделать значительной, если закрыть все зоны Френеля. Такое устройство называется зонной пластинкой.

Если общее число зон, умещается на пластинке = 2К, то число зон умещающихся на экране будет в (2k)² раз больше, чем в случае беспрепятственного излучения.

16.Дисперсия света. Электронная теория дисперсии света.

Любой метод, приме­няе­мый

для определения пре­лом­ления света может служить для обнаруже­ния дисперсии. Пер-

вые исследования при­надлежат Ньютону, были выполнены по спо­собу преломления лучей в призме. Сравним 2 одинаковые призмы: из H₂0 и Н₂S : спектр во

2-м случае в 5-6р.длиннее,

чем в 1-м. Изменяя показатель преломления для разных длин волн, можно исследовать дисперсионную способ­ность вещества : n=f(l).

Наглядный метод, обрисовывающий харак­тер дисперсии материала призм был применён

Ньютоном –метод скрещённых призм :

На рис.полоска 2 откло­няется

различным образом. Т.о. оконча- тельная форма и величина спектра опре­деляется величиной дисперсии 2-х призм. За­висимость показателя преломления от l может быть очень слож­ной. 1862– Леру, наблю­дая преломление в призме,

наполненной парами йода, обнаружил, что си­ние лучи отклоняются меньше красных, а другие

из спектра вовсе пропа­дают. Это

явление Леру назвал аномальной

дисперсией. Аномаль­ный ход

дисперсионной кривой наблюдается и в других веществах.

Исследования Кунда по методу скрещённых призм показывает,

что аномальный ход дис­персионной кривой

тесно связан с поглоще­нием света. Показатель пре-

ломления вблизи по­лосы поглощения из­меняется настолько быстро, что его значе­ние со стороны длин­ных волн > чем со сто­роны коротких

нормальная диспер­сия :

dn/dn>0 (dn/dl<0 )

Эта зависимость может прерываться Показатель прелом­ления может стре­миться к бесконечно­сти.

Явления дисперсии объясняет электронная теория дисперсии.

19.

согласуется с экспериментальными данными по распределению энергии в спектрах излучения черного тела во всем интервале частот и температур. Теоретический вывод этой формулы М. Планк изложил 14 декабря 1900 г. на заседании Немецкого физического общества. Этот день стал датой рождения квантовой физики.

Таким образом, формула Планка не только хорошо согласуется с экспериментальными данными, но и содержит в себе частные законы теплового излучения, а также позволяет вычислить постоянные в законах теплового излучения. Следовательно, формула Планка является полным решением основной задачи теплового излучения, поставленной Кирхгофом. Её решение стало возможным лишь благодаря революционной квантовой гипотезе Планка.

22.Nhν/с=E/c.

Импульс т. обр. и есть давление на эту поверхность. Для черной поверхности: P=e/c;

для отражающей- P=2e/c

В общем случае , когда коэффициент отражения (R):

[(1-R)Nhν/c]+R2hνN/c=Nhν/c(1+R)=E(1+R)/c

28.Принцип Паули. Распределение электронов по энергетическим уровням атома.

Каждый е-н в атоме движется в первом приближении в центральносимметричном некулоновском поле. Состояние е-н в этом случае определяется тремя квантовыми числами n,l и m. В связи с существованием спина е-н а к указанным квантовым числам нужно добавить квантовое число, которое может принимать значения и определяет проекцию спина на заданное направление. В дальнейшем для магнитного квантового числа вместо m пользоваться обозначением , чтобы подчеркнуть то обстоятельство, что это число определяет проекцию орбитального момента, величина которого даётся квантовым числом l.

Т. обр., состояние каждого е-н в атоме характеризуется 4 квантовыми числами :

главным n (n=1,2,3,…)

азимутальным l (l=0,1,2,…,n-1)

магнитным (=-l,…,-1,0,+1,…,+l)

спиновым (=+1/2,-1/2)

Эн-гия состояния зависит в основном от чисел n и l. Кр. того , имеется слабая зависимость энгии от чисел , поскольку их значения связаны с взаимной ориентацией м-тов, от к-рой зависит величина вз-вия м/ду орбитальным и собственным магнитными моментами е-н а. Энгия состояния сильнее возрастает с увеличением числа n, чем с увеличением l. Поэтому состояние с большим n обладает, независимо от значения l, большей энгией.

В нормальном (невозбуждённом) состоянии атома е-н ы должны располагаться на самых низких доступных для них энских уровнях. Поэтому, в любом атоме в нормальном состоянии все е-н ы должны находиться в состоянии 1s (n=1,l=0), а основные термы всех атомов должны

Законы радиоактивного распада

Под радиоактивным распадом или просто распадом, понимают естественное рад. превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро,испытывающее рад. Распад называется материнским, возникающее ядро – дочерним.

Теория рад.распада строится на предположении о том, что рад.распад является спонтанным процессом,подчиняющийся законам статистики. Т.к. отдельные рад.ядра распадаются независимо друг от друга,то можно считать , что число ядер dN, распавшихся за интервал времени от t до t+dt,прапорционально промежутку времени dt и числу N нераспавшихся ядер к моменту времени t: dN=- Ndt,

--const для данного рад.вещ-ва велечина, называемая постоянная рад.распада; знак минус указывает , что общее число рад.ядер в процессе распада уменьшается.

Разделим переменные и интегрируем:

dN dt ;

N

Получим: N=N₀e^{- t} (1)

N₀-начальное число нераспавшихся ядер (t=0)

N- число нераспавшихся ядер в момент времени t.

Формула(1) выражает закон рад.распада, согласно которому число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненциальному з-ну.

Интенсивность процесса рад.распада характеризуют две величины: период полураспада Т_1/2 и среднее время жизни рад.ядра. Период полураспада Т_1/2 – время,за которое исходное число рад.ядер всреднем уменьшается вдвое,тогда согласно (1):

N₀/2=N₀e^-

Откуда:

T_1/2=ln2/ =0.693/

Среднее время жизни:

Т.о. есть величина обратная постоянной рад.распада

Активность А нуклида (общее название атомных ядер, отличающееся числом протонов Z, и нейтронов N) в рад.источнике называется число распадов , происходящими с ядрами образца в 1с:

Единица активности в СИ – беккерель(Бк): 1Бк—активность нуклида, при которой за 1 с происходит один акт распада.До 1Бк применяли единицу в 1Ки(кюри) (1 Ки=3,7*10¹⁰ Бк)

Рад.распад происходит в соответствии с правилами смещения ,позволяющим установить какое ядро возникает в результате распада. Правила смещения:

-материнское ядро

- символ дочернего ядра

- ядро гелия( -частица)

- обозначение электрона

Правила смещения являются ничем иным как следствием 2ух законов, выполняющемся при рад.распаде--- сохранение электрического заряда и сохранение массового числа: сумма зарядов (массовых чисел) возникающих ядер и частиц = заряду(массовому числу) исходного ядра .

Возникающие в результате радиоактивного распада ядра могут быть радиоактивными. Это приводит к возникновению цепочки или ряда рад.превращений , заканчивающихся стабильным элементом.Совокупность

Элементов, образующих такую цепочку наз.рад.семейством.

Из правила смещения вытекает, что массовое число при -распаде уменьшается на 4, а при -распаде не меняется.Т.о. существует четыре рад.семейства , для каждого из каторых массовые числа задаются из формул:

А=4n -- семейство тория

A=4n+1 -- семейство нептуния

A=4n+2

-- семейство урана

A=4n+3 -- семейство актиния

n-целое положительное число

Семейства называются по наиболее долгоживущему «родоначальнику»

10. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке.

Большое значение имеет Д., наблюдаемая при прохождении света через одномерную Д-ую. решетку – систему параллельных щелей(Щ) равной ширины, лежащих в одной плоскости и разделенных равными по ширине непрозрачными промежутками. Рассм Д Фр наЩ: распределение интенсивности на экране определяется направлением дифрагированных лучей => перемещение Щпараллельно самой себе влево или вправо не изменит Д-ой картины => если перейти от одной Щко многим, то Д-ые картины, создаваемые каждой Щ в отдельности, будут одинаковыми.

Д-ая картина на решетке - результат взаимной интерференции волн, идущих от всех щелей, т. е. в Д-ой. решетке осуществляется многолучевая интерференция когерентных дифрагированных пучков света, идущих от всех Щ-й.

Рассм. Д-ую решетку.

На рис1 показаны 2 соседние щели MN и CD. Если ширина каждой Щ равна а, а ширина непрозрачных участков между щелями b, то величина d=a+b называется постоянной (периодом) Д-ой решетки. Пусть плоская монохроматическая волна падает нормально к плоскости решетки. Т. к. Щ находятся друг от друга на одинаковых расстояниях, то разности хода лучей, идущих от двух соседних Щ-ей, будут для данного направления φ одинаковы в пределах всей Д-ой решетки: ∆=CF=(a+b)sinφ=dsinφ. (180.1)

В тех направлениях, в которых ни одна из щелей не распр-ет свет, он не будет распр-ся и при 2-х Щ-ях,т. е. прежние (главные) мин

17Тепловое излучение.

Тепловое излучение является наиболее распространённым в природе излучением. Совершается за счёт энергии теплового движения атомов и молекул вещества, т.е. за счёт внутренней энергии вещества. Тепловое излучение ведёт к охлаждению тела, т.к. часть энергии уходит. Всякое тело, излучая, само между тем поглощает часть энергии, излучаемое другими окружающими телами. Поглощение ведёт к нагреванию тела. Если имеется система тел, где одно тело имеет более высокую температуру, чем другое, то в процесс теплообмена в результате перепоглощения энергии в данной системе тел установится тепловое равновесие, которое характеризуется температурой теплового равновесия. Для количественной оценки теплового излучения и поглощения вводят следующие характеристики : 1. лучеиспускательная (излучательная) способность тела :

Лучеиспускательную способность определяют как отношение энергии электромагнитного излучения за единицу времени с единицей площади поверхности тела в интервале частот от ν до ν + dν :

Спектральной характеристикой поглощения является поглощательная способность – это есть отношение энергии, поглощаемой телом в единичном интервале частот от ν до ν + dν, к полной энергии, которая приносится на вещество в этом интервале частот :

Показывает какая доля энергии dW доставляется на единицу поверхности тела электромагнитными волнами в частичном диапазоне от ν до ν + dν поглощаемым телом. Зависит от частоты и температуры тела.

Тело называется абсолютно чёрным,

20Внешний и внутренний ф/эффект. Опыты Герца и Столетова.

Экспериментальные исследования явления ф/эффекта. З-ны внешнего фотоэффекта.

Ф/эфт – вырывание электронов ( е ) под действием излучения. Увеличение электропроводимости под действием излучения – внутренний фэфт.

1887- Герц обнаружил, что при освещении отрицательного электрода разрядника УФ лучами, разряд между электродами происходит при меньшем напряжении. Это явление из опытов Гольваццо и Столетова обусловлены выбиванием под действием излучения отрицательных (q) из Ме.

Схема опытов Столетова: источник излучения, конденсатор, обкладка конденсаторов – в виде медной сетки ч/з к-рую проникало излучение на вторую цинковую пластинку.

Медная сетка подключается к положительному иону полюсу батареи, при освещении медь краснела, в цепи возникал ток. На основании опытов закон фотоэффекта: число вырванных (е) пропорционально освещенности Ме.

Если изменить полярность батареи, ток в цепи не возникал. Под действием излучения Ме терял отриц. заряженные частицы.

Для изучения берут колбу в которой откачан воздух:

Зависимость фототока от разности потоков м/у электродами фотоэлектрода имеет вид:

Фототок насыщения

23.Эфект Ком­птона.

Исследования рас­сеяния рентгенов­ских лучей вещест­вом привело в 1923 г. Комптона к от­крытию явления ко­торое впоследствии было названо его именем. Явление Комптона состоит в изменении длины волны рентгенов­ских лучей при их рассеянии на сво­бодных электро­нах. Установка для ис­следования со­стоит из: рентгеновской трубки; пучка рент­геновских лучей ,которые исходят из антикатода; дифра­гируются сисите­мой диафрагм; по­падает на вещество. В результате наряду с падающим излуче­нием появляется из­лучение с изменен­ной большей длин­ной волны ( изменение длинны волны зави­сит от угла Θ (рас­сеяния) дальше лучи попадают на диспер­гирующий элемент рентгеновского спектрографа; потом они разлагаются в спектр, регистри­рующийся на фото­пластинке в фокаль­ной плоскости эле­мента.

Р – импульс рассе­янных лучей .

Наблюдаемые изме­нения длины волны не зависят от нее, а зависят от угла рас­сеяния фотонов. Как показывают опыты изменение длины волны прямо про­порционально по­стоянной эффекта, а также квадрату си­нуса половинного угла Θ:

к-постоянная эф­фекта Комптона. Обьясняется эффект Комптона на осно­вании закона сохра­нения энергии и им­пульса ; т.к. ско­рость электрона зна­чительна, то при расчетах принима­ется во внимание

28.быть типа S-термов (L=0) Объяснение наблюдаемых типов термов заключается в следующем. Согласно одному из законов квантовой механики, называемому принципом Паули, в одном и том же атоме не м. б 2-х е-н, обладающих одинаковой совокупностью 4ёх квантовых чисел : n, l . Т.е.в одном и том же состоянии не могут находиться одновременно 2 е-н.

Данному n соответствуют состояний, отличающихся значениями . Квантовое число может принимать2 значения : . Поэтому в состояниях с данным значением n могут находиться в атоме не более электронов : n=1 могут иметь 2 электрона, n=2 могут иметь 8 электронов, n=3 могут иметь 18 электронов, n=4 могут иметь 32 электронов, n=5 могут иметь 50 электронов и т.д. Совокупность е-н ов, имеющих одинаковые значения квантового числа n, образует оболочку. Оболочки подразделяются на подоболочки, отличающиеся значением квантового числа l. В соответствии со значением n оболочкам дают обозначения, заимствованные из спектроскопии рентгеновских лучей :

Значение n 1 2 3 4 5 6 7 Обозначение оболочки K L M N O P Q …

Для полностью заполненной подоболочки характерно равенство нулю суммарного орбитального и суммарного спинового моментов (L=0,S=0). =>мт импульса такой подоболочки равен нулю (J=0).

Убедимся в этом на примере 3d-под оболочки . Спины всех10 е-н, входящих в эту подоболочку, попарно компенсируют друг друга, вследствие чего S=0. Квантовое число проекции результирующего орбитального момента этой под оболочки на ось z имеет единственное значение .=>,Lтакже равно0

38.Реакция деления ядра. Цепная ядерная реакция.

Энергия связи-энергия, кото- рую необходимо сообщить яд- ру, чтобы разделить его на отдельные нуклоны;энергия, которая освобождается при синтезе нуклонов в ядро. Удельная энергия связи(энер- гия, приходящаяся на 1нуклон) не одинакова для различных ядер.Она имеет значения 8-8,7 МэВ/а.е.м. для ядер элементов середины таблицы Менделеева Для получения устойчивых элементов и для получения ядерной энергии есть 2 пути :

1)расщепление ядер тяжёлых элементов; 2)синтез лёгких ядер. Рассмотрим цепную реакцию деления ядер урана. Механизм деления ядер удобно рассматривать, пользуясь капельной моделью ядра: ядро представляет собой кап- лю положительно заряженной жидкости. Захватив нейтрон, ядро урана становится возбуждённым, деформируется. В ядре образуется перетяжка. Ядерные силы, являющиеся короткодей- ствующими, не могут противостоять кулоновским силам отталкивающихся одноимён- ных заряженных частей ядра. Перетяжка разрывается и ядро распадается на 2осколка, разле

тающихся в пртивоположные стороны с огромными скоростями. Из ядра также вылетают 2-3 нейтрона. Кинетическая энергия осколков и нейтроноввысвобождающаяся (атомная) энергия. Атомная энергия имеет электростатическое про исхождение: большая кинетическая энергия, которую имеют осколки, возникает вследствие кулоновского отталкивания. При их торможении кинетическая энергия превращается в тепловую. Высвобождённые из ядра нейтроны позволяют осуществить цепную реакцию урана: любой из ней- тронов, вылетающих из ядра может вызвать деление сосед- него ядра, которое, разделившись , также испускает нейтрон, способный вызвать дальнейшее деление ядер и т.д

40.Молекулярные спектры

В спектре атома водорода на атомарный линейчатый спектр накладывается сплошной спектр, который состоит из ряда широких полос.

Если взять прибор для разделения полос ,то их можно разделить на более мелкие полосы. Схематически вид молекулярного спектра излучения, показывается на рис.

Эти серии линейно распределены по спектрам с определенной правильностью. Истолкование молекулярных спектров возможно с т. з р. Квантовой механики. Эти спектры обусловлены изменениями в известных запасах эн-гии молекулы. В основном изменение эн-гии мол-лы происходит в результате изменений в электронной конфигурации мол-л, но при заданной электронной конфигурации мол-лы могут отличаться друг от друга состоянием , в котором находятся их ядра, которые совершают колебательные и вращательные движения. С этими возможными типами движения и связаны запасы энергии. Дстаточное приближение эн-гии какого-либо состояния мол-лы можно выразить через сумму следующих значений энергии:

-эн-гия обуслявливающая электронную конфигурацию молекулы, эн-гия взаимодействия между отдельными электронами.

-эн-гия обусловленная вращением ядер (ротационная);-эн-гия соответствующая колебаниям ядер (вибрационная )

Частота излучаемая молекулой определяется суммой разностей соотвеотствующих изменений энгии:

10. интенсивности будут наблюдаться в направлениях, определяемых условием (аsinφ=+/-2mλ/2 (m=1,2,3,…): dsinφ=+\-mλ (m=1,2,3,…) (.2)

Кр. того, вследствие взаимной интерференции световых лучей, посылаемых 2-мя Щ-ми, в некоторых направлениях они будут гасить друг друга, т. е. возникнут дополнительные мин. Эти дополнит. мин будут наблюдаться в тех направлениях, к-к-рым соот-ет разность хода лучей λ/2,3λ/2,…, посылаемых от крайних левых точек М и С обеихЩ. Т. обр., с учетом (1) условие дополнительных мин : dsinφ=+/-(2m+1)λ/2 (m=0,1,2,…).

Наоборот, действие одной Щбудет усиливать действие другой, если dsin=+/-2mλ/2=+/- mλ (m=0,1,2,…). (3)

т. е. выражение (3) задает условие главных макс.

Т.обр., полная Д-я картина для двух Щ.определяется из условий: asinφ=λ, 2λ,3λ,...- главные мин; dsinφ=λ/2, 3/2λ, 5/2λ, ...-дополнительные мин;dsinφ=0, λ, 2λ, 3λ, ...-главные макс,

т. е. между двумя главными макс располагается один дополнительный мин. Аналогично между каждыми двумя главными макс при 3-х Щ располагается 2 дополнительных мин и т. д.

Если Д-ая решетка состоит из N Щ, то условием главных мин является условие (2), условием главных макс – условие (3), а условием дополнительных мин dsinφ=+/-m`λ/N (m`=1,2,…,N-1,N+1,...,2N-1,2N+1,...),(4)

где m` -все целые значения, кроме 0, N, 2N,…,=> в случае N щелей между 2-мя главными макс располагается N-1 дополнительных мин, разделенных вторичными макс, создающими весьма слабый фон.

17.если оно при любой температуре поглощает всю энергию падающих на него электромагнитных волн. Очевидно, что ; лучеиспускательная способность обозначается - это функция частоты и температуры. Моделью абсолютно чёрного тела может служить полость, которая имеет небольшое отверстие, внутри неё может быть какое-то покрытие. Если излучение попадает в такую полость, то оно полностью поглощается стенками. В природе абсолютно чёрных тел не встречается. Некоторые тела приближаются по характеристикам к абсолютно чёрным, только в области некоторых длин волн.

Если мы имеем теплоизолированную систему в состоянии термодинамического равновесия, то энергия, которая излучается этими телами, равна энергии, которая ими поглощается. При равновесном излучении выполняется правило Прево : если два тела поглощают разное количество энергии, то и излучение у них должно быть различным. Для какого-то интервала частот

Между лучеиспускательной и поглощательной способностью тела существует связь. Её легко установить, если рассматривать теплоизолированную систему, состоящую из абсолютно чёрной пластины и пластины, которая имеет лучеиспускательную и поглощательную способность. Рассматривая их можно прийти к соотношению, которое получило название первого закона Кирхгофа : отношение лучеиспускательной способности тела к его поглощательной способности есть универсальная функция частоты и температуры. Эта функция называется «функцией Кирхгофа» и

20.пропорционален освещенности катода.

Существует область .Наличие области

(е), покинувшие фотокатод, обладают кинетической энергии.

mumax/2=|е|Uз

fn=en где n-число е

Законы фотоэффекта:

1. max начальное напряжение определяется частотой, излучением и не зависит от его интенсивности.

2.Для каждого в-ва существует красная граница фотоэффекта, т.е. min частота при которой еще возможен фотоэффект.

3.Число вырываний фотоэл-в из катода за ед. времени пропорционально интенсивности излучения.

Фотоэф. практически безинерционнален. При объяснении 1-го и 2-го з-на фотоэф. с точки зрения электромагнитной теории, возникли трудности. Нашел выход Эйнштейн, который развил идею Планка о квантовой характеристике излучения .Он предположил, что излучение не только излучается порциями, но и распространяется в виде порций энергии и поглощается так же. Порция энергии- фотон(квант э/магн. поля).

Фотоэф. с квантовой точки зрения, рассм. следующим образом : для выхода из Ме, (е) должен совпадать с Авых , которая =А.В результате поглощения фотона с Е=hγ,(е) приобретает эту Е и если Е>Авых он выходит на поверхность Ме, т.о. з-н сохранения Е имеет вид:

mumax/2=hγ-Aвых Ур-ние Эйнштейна для фотоэф.

У-ние было предложено, что (е)-ны в Ме движутся не зависимо друг от друга. Передача Е 1-го фотона передается 1-му (е). Теория называется одноэлектронной.

Ур-е Эйнштейна позволяет объяснить з-ны внешнего фотоэф. Max напряжение и Ек не зависят

23.Эффект Ком­птона

за­висимость массы электрона от скоро­сти. Кинетическая энергия вырываемого электрона до и после рассеяния

m0 масса покоя электрона

-релятивистский фак­тор.

Закон сохранения энергии в данном случае:

Условие закона со­хранения импульса запишется:

mv- импульс электрона отдачи.

Из этого соотноше­ния получим выра­жение для импульса отдачи возведя по­ученное уравнение в квадрат и решив со­вместно с законом сохранения энергии придем к соотноше­нию для эффекта Комптона:

-постоянная Ком­птона.

Эта формула совпа­дает с эксперимен­тальной формулой.

Сразу эффект Ком­птона был обнару­жен на свободных электронах,а затем и на тяжелых частицах.

29.Уравнение Шредингера для основного состояния атома водорода и его решение.

В основе квантовой механике лежит уравнение Шредингера. В атоме водорода электрон движется в центрально-симметричном поле. Для водородоподобного атома, заряд которого Ze. Обладает потенциальной энергией зависящей от расстояния от ядра (r)

Состояние электрона в водородоподобном атоме описывается некоторой волновой функцией ψ, удовлетворяющей стационарному уравнению Шредингера :

Δ – оператор Лапласа;

W- энергия стационарного состояния (полная энергия).

Это значение потенциальной энергии можно отыскать решая уравнение Шредингера при условии, что ψ – функция должна быть непрерывной и конечной производная от ψ

Результаты :

а)Момент импульса электрона принимает дискретный ряд значений, кратных постоянной Планка :

L – называется орбитальным квантовым числом. Когда энергия электрона<0 (W<0), в этом случае связан в атоме его энергия определяется выражением

где - радиальное квантовое число.

Обозначим n=

38. Не все нейтроны вызывают деление других ядер. Часть нейтронов может быть захвачена ядрами неделя- щейся примеси, присут- ствующей в ядерном горю- чем, часть нейтронов мо- жет вылететь, не успев стол кнуться с ядрами. Развитие цепной ядерной реакции характеризует коэффици- ент размножения нейтро- нов(к), который равен от- ношению числа нейтронов вызывающих деление ядер на одном из этапов реакции к числу нейтронов, вызы- вающих деление на преды-

дущем этапе деления

k=N_i / N_(i-1)

k зависит от: количества и природы делящихся веще- ств, от геометрической фор мы вещества. Одно и тоже количество вещества имеет наибольшее значение k при шарообразной форме объёма, т.к.количество ней тронов, не прореагировав- ших с веществом будет min

Масса делящегося вещес- тва при к=1 называется критической массой дано- го вещества. При к=1 реакция идёт с постоянной скоростью; если к>1 реак- ция развивается бурно, что может привести к взрыву; при k<1 реакция деления не происходит. Для промыш- ленного получения ядерной энергии необходимо управ- лять цепной ядерной реак-

цией, поддерживая к=1.Это осуществляется путём вве-

дения в массу ядерного го- рючего подвижных управ- ляемых стержней, изготов- ленных из кадмия или бора, которые являются сильны- ми накопителями нейтро- нов. Глубина погружения стержней в ядерное горю- чее регулируется так, чтобы к=1.Установки, пред

назначенные для промыш- ленного получения ядерной энергии называются ядер- ными реакторами(ЯР). Главная часть ЯР-активная зона, в которой протекает цепня реакция

39. Термоядерные реакции.

Реакции синтеза лёгких атомных ядер в более тяжёлые, происходящие при сверхвысоких температурах, называются термоядерными реакциями.

Чтобы преодолеть потенциальный барьер, обусловленный кулоновским отталкиванием, ядра с порядковыми номерами Z1 и Z2 должны обладать энергией

где -радиус действия ядерных сил, равный

Даже для ядер с Z1=Z2=1 эта энергия составляет

На долю каждого сталкивающегося ядра призодится 0,35 МэВ. Средней энергии теплового движения, равной 0,35 МэВ, соответствует температура порядка 2* К. Однако синтез лёгких ядер может протекать и при значительно меньших температурах. Из-за случайного распределения частиц по скоростям всегда имеется некоторое среднее значение. Кроме того, что особенно существенно, слияние ядер может произойти вследствие туннельного эффекта. Поэтому некоторые термоядерные реакции протекают с заметной интенсивностью уже при температурах порядка К.

Особенно благоприятны условия для синтеза ядер дейтерия и трития, так как реакция между ними носит резонансный характер. Именно эти вещества образуют заряд водородной (или термоядерной) бомбы. Запалом в такой бомбе служит обычная атомная бомба, при взрыве которой возникает температура порядка К. Реакция синтеза дейтрона (d) и ядра трития ()

сопровождается выделением энергии, равной 17,6 МэВ, что составляет~3,5 МэВ на нуклон.

До недавнего времени представлялось несомненным, что синтез ядер

12.Естественный и поляризованный свет.

Различают естест­венный, поляризо­ванный и частично поляризованный свет.

Естественный свет представляется все­возможной ориента­цией вектора напря­женности электри­ческого поля Е в пространстве отно­сительно направле­ния распростране­ния луча во время наблюдения.

В поляризованном излучении – вектор Е совершает коле­бания в одной плос­кости.. Различают : линейно- и плоско- поляризованное из­лучение .

Частично– поляри­зованный свет – это свет у которого име­ется преимущест­венное направление колебаний Е – смесь естественного и по­ляризованного света.

Плоскость, в кото­рой совершает коле­бания Е называют плоскостью колеба­ний ,а в которой вектор напряженно­сти магнитного поля Н- плоскостью по­ляризации.

17.это есть лучеиспус кательная способность абсолютно чёрного тела

Из закона Кирхгофа следует, что если тело при данной температуре не поглощает излучение в некотором интервале частот (ν, ν + dν), то не может и излучать в этом интервале. В то же время, если поглощательная способность близка к единице, то это вовсе не означает, что лучеиспускательная способность будет велика. Теория теплового излучения наряду с понятием абсолютно чёрного тела пользуется понятием серых (реальных) тел. Тело называется серым, если его поглощательная способность одинакова для всех частот и зависит только от температуры материала и составляющей поверхности :

Во многих случаях необходимо знать полную мощность теплового излучения к единице поверхности тела во всём интервале частот . Эта величина называется энергетической светимостью тела (интегральной излучательной способностью тела :

Для серого тела (II закон Кирхгофа) :

Закон Кирхгофа в интегральной форме для серых тел : излучают больше те серые тела, которые обладают большей поглощательной способностью.

20.интенсивности излучения. =>Если Ек (е), вышла на поверхность =0,Е падающего фотона соответствует Авых => вел-на красной границы фотоэф. по частоте и длине волны. Число вырываний фотоэл. определяется интенсивностью излучения, не зависит от частоты.

Внутренний фотоэф. объясняется зонной теорией.

Фотоэф. используется для регистрации и изменения световых потоков. Простейшими приборами является фотоэлементы, фотодиоды, фотосопротивление. Фотоэлемент: колба. Они работают в определенных спектральных областях: видимой, ультрафиолетовой и .

24. Ядерная модель атома Резерфорда. Линейчатый спектр атома водорода.

В развитии представлений о строении атома велико значение опытов англ физика Э. Р (1871—1937}Р, исследуя прохождение а-частнц в веществе (через золотую фольгу толщиной примерно 1 мкм), показал, что основная их часть испытывает незначительные отклонения, но некоторые а-частицы (примерно одна из 20 000) резко отклоняются от первоначального направления (углы отклонения достигали даже 180°). Т к электроны не могут существенно изменить движение столь тяжелых и быстрых частиц, как а-частнцы, то Р был сделан вывод, что значительное отклонение а-частиц обусловлено их взаимодействием с положительным зарядом большой массы. Однако значительное отклонение испытывают лишь немногие а-частицы; следовательно, лишь некоторые из них проходят вблизи данного положительного заряда. Это,в свою очередь, означает, что положительный заряд атома сосредоточен в объеме, очень малом по сравнению с объемом атомаНа основании своих исследований Р в 1911 г. предложил ядерную (планетарную) модель атома. Согласно этой модели, вокруг положительного ядра, имеющего заряд Ze (Z- порядковый номер элемента в системе Менделеева, е — элементарный заряд), размер 10^-15—10^-14 м и массу, практически равную массе атома, в области с линейными размерами порядка10^-10 м по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Так как атомы нейтральны, то заряд ядра равен суммарному заряду электронов, т. е. вокруг ядра должно вращаться Z электронов.Для простоты предположим, что электрон движется вокруг ядра по круговой орбите радиуса r. При этом кулоновская сила взаимодействия между ядром и электроном сообщает электрону центростремительное ускорение. Второй закон Ньютона для электрона, движу

щегося по

32. Атомное ядро. Заряд, состав и размер ядра.

Атомное ядро состоит из элементарных частиц-протонов и нейтронов. Протонно-нейтронная модель ядра была предложена российским физиком Д. Д. Иваненко, а впоследствии развита В. Гейзенбергом) .

Протон (р) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу покоя mp = =1,6726×10^-27 кг ≈1836 mе, где me-масса электрона. Нейтрон (n) – нейтральная частица с массой покоя mn=1,6749×10^-27 кг ≈1839 mе. Протоны и нейтроны называются нуклонами. Общее число нуклонов в атомном ядре называется массовым числом А.

Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, где Z-зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Менделеева. Известные в настоящее время 107 элементов таблицы Менделеева имеют зарядовые числа ядер от Z=1 до Z=107.

Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом : Х, где Х- символ химического элемента, Z- атомный номер (число протонов в ядре), А-массовое число (число нуклонов в ядре).

Т. к. атом нейтрален, то заряд ядра определяет и число электронов в атоме. От числа же электронов зависит их распределение по состояниям в атоме, от которого, в свою очередь, зависят химические свойства атома. Следовательно, заряд ядра определяет специфику данного химического элемента, т. е. определяет число электронов в атоме, конфигурацию их электронных оболочек, величину и характер внутриатомного электрического поля.

38. деления . Для уменьшения потерь нейтронов активная зона окружена отражателя- ми нейтронов, а также за- полнена замедлителем(тя-

жёлая вода).Стержни с горючим опускаются в канал реактора активной зоны, из них вылетают нейтроны и, сталкиваясь с замедлителем уменьшают свою скорость, а когда они вновь попадают в стержень, то уже замед ленные нейтроны делят ядра урана. Выделенное при реакции тепло отводит- ся из активной зоны теплоносителем (H2O), который циркулирует по трубам.Тепло используется для получения водяного пара, который вращает турбины генератора, вырабатывающего электро-

энергию.

39. водорода в ядра гелия является источником энергии Солнца и звёзд, температура в недрах которых достигает К. Этот синтез может осуществляться двумя путями. При более низких температурах имеет место протонно-протонный цикл, протекающий следующим образом. Вначале происходит синтез двух протонов с образованием дейтрона, позитрона и нейтрино :

Образовавшийся дейтрон, сталкиваясь с протоном, объединяется с ним в ядро

Последнее звено цикла образует реакция

При более высоких температурах большей вероятностью обладает предложенный Г.Бете углеродный (или углеродно-азотный) цикл, который состоит из следующих звеньев :

Итогом углеродного цикла является исчезновение четырёх протонов и образование одной –частицы. Количество ядер углерода остаётся неизменным; эти ядра участвуют в реакции в роли катализатора.

В водородной бомбе термоядерная реакция носит неконтролируемый характер. Для осуществления управляемых термоядерных реакций необходимо создать и поддерживать в некотором объёме температуру порядка К. При столь высокой температуре вещество представляет собой полностью ионизированную плазму. На пути осуществления управляемой термоядерной реакции стоят огромные трудности. Наряду с необходимостью получить чрезвычайно высокие температуры, возникает проблема удержания плазмы в заданном объёме. Соприкосновение плазмы со стенками сосуда приведёт к её остыванию. Кроме того, стенка из любого

13.Поляризация света при отраже­нии и преломлении на границе раздела двух сред Закон Ма­люса . Закон Брюстера. Поляризую­щие устройства.

Рассм распр-е света ч/з кристалл турмалина. Пластинка из кристалла турмалина вырезается т. обр., чтобы плоскость была || одному из определенных напр-ий кристаллической решетки, которое наз-ся оптической осью кристалла. Если направить на эту плоскость пучок естественного света, то первая пластинка (Т1) даст небольшое ослабление света; как ни вращать кристалл, заметных изменений интенсивности не наблюдается. Если за Т1 поместить 2-ую пластинку (Т2), интенсивность света будет зависеть от расположения оптических осей пластинок; при вращении Т2 наблюдается изменение интенсивности на выходе из пластинки.

РИС как показали опыты, ( - угол м/ду оптическими осями пластинок или м/ду гл плоскотями). Гл плоскость кристалла – плоскость ч/з ось и луч. Закон Майлюса: РИС

Такое же явление наблюдается при отражении луча от диэлектрика, отраженный и преломленный лучи – поляризованный свет. Если свет падает под углом Брюстера(угол полной поляризации), то отраженный луч оказывается полностью поляризованным, причем вектор Е совершает колебания в плоскости, ┴ плоскости падения, а перломленный оказывается частично поляризованным. РИС

Условие закона Брюстера:

Поляризующие устройства.1) Возьмем несколько стеклянных пластинок и пошлем на них луч

18 Законы теплового излучения АЧТ.

Из закона Кирхгофа => что спектральная плотность энергетической светимости чёрного тела является универсальной. После установления первого закона Кирхгофа первоочередной задачей является установление вида функции Кирхгофа, зависящей от частоты и температуры.

Основные этапы :

a)Была найдена зависимость интегральной излучательной способности абсолютно чёрного тела от его температуры. В 1869г. Стефан на основании анализа экспериментальных данных. В 1884г. Больцман – теоретические расчёты показали, что интегральная излучательная способность (излучательность) прямо пропорциональна четвёртой степени абсолютной температуре : б)Re=σ*T

Дальнейшие исследования проводились Вином. Им было установлено, что при малых частотах лучеиспускательная способность абсолютно чёрного тела пропорциональна квадрату частоты и термодинамической температуре (при больших частотах пропорциональна кубу частоты) :

в)Вин также показал, что по мере повышения температуры тела максимум лучеиспускательной способности смещается в область больших частот, причём площадь ограничена кривой пропорциональной интегральной излучательной способности абсолютно чёрного тела. Вину удалось получить закон Стефана-Больцмана из теоретических сведений, а также было показано, что частота приходящаяся на максимум излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна термодинамической температуре, а длина волны обратно пропорциональна ей

21. Уравнение Эйнштейна для фэф. Объяснение з-нов ф-эф на основе теории Эйнштейна. Фотоэлектриеские приборы.

Опыт показывает, что фотоэффект практически без инерционен. При объяснении 1-ого и 2-ого закона фотоэффекта с точки зрения э/м теории возникли трудности. Из этой ситуации нашел выход Эйнштейн, который развил идеи Планка о квантовом характере излучения квантовыми осцилляторами. Он предложил, что свет не только излучается порциями, но и распределяется в пространстве в виде порций энергии и поглощается порциями энергии. Порции энергии были названы фотонами ( квантами э/м поля). Фотоэффект с квант. точки зрения рассмотрен следующим образом. Прежде всего для выхода из металла электрон должен совершить работу выхода, которая равна работе. В результате поглощения фотона с энергией кванта, электрон приобретает эту энергию и если эта Е>Aвых. Он выходит на поверхность металла, таким образом закон сохранения энергии имеет вид :

mυ² ⁄2=hν­A

Это уравнение впервые было предложено Эйнштейном и получило название Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Оно получено в предположении, что электроны в металлах движутся независимо друг от друга. Передача энергии одного фотона происходит только одному электрону. Такая теория получила название одноэлектронный.

Уравнение Эйнштейна позволяет объяснить законы внешнего фотоэффекта. Из уравнения

видно, что υmax и Ек не зависят от интенсивности света, а определяется частотой падающего ,что

24. кулоновской силы, имеет вид: , где т и — масса и скорость электрона на орбите радиуса r, — электрическая постоянная.

Атомарные спектры – совок-ть узких линий, молекулярные – сплошные спектры. Часто молекулярные спектры накладываются на атомарные, как в случае излучения атомарного водорода. Атом водорода состоит из одного протона и одного e-на, вращающегося вокруг ядра спектр излучения самый простой. Впервые интерпретировал излучение атомарного водорода Бальмер. Он установил, что длины волн известных в то время 9-ти линий спектра могут быть вычислены по формуле: , где n=3,4… , - постоянная величина, =3646 А(анкстрем). Эту формулу часто записывают через волновое число и постоянную Ритберга: , =10967758. Частота, соответствующая данной линии в спектре: , . При n→∞ приходим к границе серии Бальмера. В общем случае: - формула Бальмера – Ритберга(m,n – квантовые числа). За серией Бальмера – в инфракрасной области – серия Пашена(n=3,m=4,5,6…). Далее – серия Брекета, Хемфри, Лаймана(в ультрафиолетовой области). В принципе, чистого атомарного водорода нет его линейчатый спектр достаточно сложный, хотя по расчету – простой. С точки зрения классической теории наблюдаемые линейчатые спектры не могут быть истолкованы (в соответствии с моделью атома Резерфорда спектр

32. Ядра с одинаковыми Z, но разными А (т. е. с разными числами нейтронов N=A-Z) называются изотопами, а ядра с одинаковыми А, но разными Z-изобарами. В подавляющем большинстве случаев изотопы одного и того же химического элемента обладают одинаковыми химическими и почти одинаковыми физическими свойствами, определяющимися в основном структурой электронных оболочек, которая является одинаковой для всех изотопов данного элемента.

34 .Масса и энергия связи ядра.

Масса ядра всегда меньше суммы масс входя­щих в него частиц .Это обусловлено тем , что при объе­динении нуклонов в ядро выделяется энергия связи ну­клонов друг с дру­гом Энергия покоя частицы связана с ее массой соотноше­нием

Следовательно, энергия покояще­гося ядра меньше суммарной энергии невзаимодействую­щих покоящихся ну­клонов на величину

Эта величина и есть энергия связи ну­клонов в ядре. Она равна той работе, которую нужно со­вершить, чтобы разделить образую­щие ядро нуклоны и удалить их друг от друга на такие рас­стояния, при кото­рых ни практически не взаимодействуют друг с другом. Если заменить массу про­тона массой атома водорода , а массу ядра-массой атома,то преды­дущая формула бу­детЭнергия связи при­ходящаяся на один нуклон, т. е. ,называ­ется удельной энер­гией связи нуклонов в ядре. Величина Δ называется дефек­том массы ядра

Δ связан с энергией связи соотношением

На рис. Представ­лен график зависи

мости от

39. вещества при такой температуре немедленно испарится. В связи с этим для удержания плазмы в заданном объёме приходится использовать магнитное поле. Силы, действующие в этом поле на движущиеся заряженные частицы, заставляют их двигаться по траекториям, расположенным в ограниченной части пространства.

Осуществление управляемого термоядерного синтеза даст человечеству практически неисчерпаемый источник энергии. Поэтому работы по овладению управляемыми термоядерными реакциями ведутся во многих странах.

.

13.под углом Брюстера, отаженные лучи окажутся полностью поляризованными, причем прошедший луч – максимально поляризован. РИС (стопа Столетова)

Степень поляризации: 2)устройство основано на явлении двойного преломления через кристалл исландского шпата: луч раздваивается (на обыкновенный и необыкновенный, поляризованные во взаимно ┴-х направлениях) РИС

3) на основе явления двойного лучепреломления действует призма Николя – 2 призмы (из исландского шпата), склеенные канадским бальзамом. РИС 6.

18.

пропорциональна ей :

Закон смещения Вина ( I закон) –

Причём

Спектр теплового излучения абсолютно чёрного тела :

г)Максимум излучения смещается в сторону коротких длин волн и увеличивается по интенсивности T4>T3>T2>T1

II закон Вина :максимум лучеиспускательной способности абсолютно чёрного тела прямо пропорционален термодинамической температуре в пятой степени :

21.на поверхность равна 0, Е падающего фотона = Авых :

hν=Aвых

Отсюда величина красной границы фотоэффекта по частоте и длине волны.

Число вырванных фотоэлектронов определяется интенсивностью света, не зависит от частоты. Внутренний фотоэффект объясняется на основе зонной теории. Фотоэффект широко используется в науке и технике для регистрации и изменения световых потоков. Самыми простейшими приборами : фотоэлементы, фотодиоды, фотосопротивления. Они работают в определенных спектральных областях : видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной. Фотоумножители- для усиления слабых световых потоков. Простейший из них:

Фотоумножители подключаются в электрическую схему.

25.Теория Бора для водородных систем. С точки зрения классической теории наблюдаемые линейчатые спектры не могут быть истолкованы.С точки зрения модели атома Резерфорда, в соответствие с которой энергия электрона(℮) изменяется непрерывно,спектр излучения должен быть сплошным, а ℮,постоянно излучая, должен упасть на ядро – неверно. 1-ая попытка построения неклассической теории атомов была предпринята Бором в 1913г.Для объяснения наблюдаемых закономерностей в спектрах он предложил постулаты:1).Атом может находиться в некотором стационарном сост-ии, в котором он не излучает энергию.2)В стац-м сост-ии ℮, двигаясь по круговой орбите, должен иметь квантованное значение момента импульса: , n=1,2,3…n – целое число,показывает,сколько волн де-Бройля укладывается на длине орбиты;длинна волны .3)(правило частот) При переходе атома из одного стац-го сост-я в другое испускается или поглощается квант энергии.Если обозначить энергию верхнего состояния W_m, а нижнего W_n,то правило частот: .Если атом находится в сост-и n и поглощает квант энергии, то он переходит в сост-е с большей енергией и наоборот.

рис

n – главное квантовое число, с n=1 – основное

Люминисценция.

Возникает в результате поглощения веществом энергии возбуждения и перехода его частиц из нормального в возбужденное электронное состояние.

Возбужденные частицы за время 10^-8 10^-9 теряют свою избыточную энергию и возвращаются в основное состояние. Такой переход может происходить безизлучательно,ь а может выделяться эн-гия в виде тепла с излучением которое называется Л .

Л может возникать у вещ-в, находящихся в газообразном , жидком и твердом состоянии.Л-ой способностью обладают чистые жидкости , растворы ряда неорганических солей и органических соединений. Л-ей обладают кристаллические вещества (кристаллофосфоры)

Все известные виды Л-и были разделены на2класа:флоресценцию (мгновенно затухает) и фосфоросцеицию (замедленное свечение). В основу второго вида положент метод возбуждения,в сваязи с этим различают: фотоЛ-ю(излучение которое возбуждается оптическими частотами), катодоЛ ( электронным катодным излучением ), рентгеноЛ, радиоЛ, хемиЛ, электроЛ,биоЛ.

В основе 3-его вида классификации положена кинетика процесса Л. Согласно этому свечение разделяется на резонансное , спонтанное, вынужденное и рекомбинационное

Вынужденное излучение происходит с участием 3-его возбужденного состояния.

32.Атомное ядро.Заряд, состав и размер ядра. Модели атомного ядра. Масса и энергия связи ядра.

Самыми простыми частицами являются протоны и электроны. Атом состоит из ядра и электронов. Ядро состоит из нуклонов(протонов и нейтронов). Они взаимодействуют с помощью ЯС имеющих неэлектрическую природу, своим происхождением ЯС обязаны обмену мезонами. Символическая запись элемента:

1. Капельная модель ядра является первой моделью. Она основана на аналогии между поведением нуклонов в ядре и поведением молекул в капле жид. Так в обоих случаях силы действующие между составными частицами явл короткодействующими и им свойственно насыщение. Для капли жид при данных внешних условиях характерна постоянная плотность ее вещества. Ядра же характеризуются практически постоянной удельной энергией связи и постоянной плотностью не зависящей от числа нуклонов в ядре. Наконец объем капли как и объем ядра пропорционален числу частиц. Существенное различие ядра от капли жид в модели, что она трактует ядро как каплю электрически заряженной несжимаемой жид подчин.зак квантовой мех. Модель позволила получить полуэмпирическую формулу для энергии связи нуклонов в ядре, объяснила механизм ядерных реакций. Однако не смогла объяснить повышенную устойчивость ядер, содерж магические числа протонов и нейтронов.

14.Двойное(дв-е) лучепреломление(луч-е). Оптическая(опт-ая) индикатриса(инд-а).

Явл-е дв-го луч-я наблюдается в анизотропных средах(одноосные кристаллы),где всякая плоская монохроматическая волна распадается на 2,которые линейно поляризованы во взаимно ┴-х направлениях,и обладают различными нормальными и лучевыми скоростями.Если в изотропном кристалле(кварц) вектор D совпадает с вектором Е,то в анизотропных средах связь между векторами D и Е довольно сложна.Для иллюстрации св-в анизоторопных кристаллов пользуются опт-ой инд-ой.Если из определенной точки О среды проводить радиус-векторы по всем направлениям,модули которых (ε - относ-ая диэл-ая прон-сть),то получится поверхность,которая имеет форму эллипсоида и называется опт-я инд-а среды.Уравнение опт-ой инд-ы:

ε_x,ε_y,ε_z – главные значения диэл-ой проницаемости.Если ,то опт-я инд-а имеет форму сферы,а среда в этом случае – изотропная; - двухосный кристалл(с низкой симметрией); - форма эллипсоида вокруг ОX;кристалл – одноосный. Плоскость YOZ пересекает этот эллипсоид по окружности, следоват-о для любого направления,┴-ого к OX,значения ε одинаковы,а сами направления – главные. OX – опт-я ось одноосного кристалла.

19. Квантовый характер излучения. Формула Планка.

Правильное, согласующееся с опытными данными выражение для спектральной плотности энергетической светимости черного тела было найдено в 1900 г. немецким физиком М. Планком. Дня этого ему пришлось отказаться от установившегося поло­жения классической физики, согласно которому энергия любой системы может изменяться непрерывна, т. е. может принимать любые сколь угодно близкие. Согласно выдвинутой Планком квантовой гипотезе, атомные осцилляторы излучают энергию не непрерывно, а определенными порциями — квантами, причем энергия кванта пропорциональна частоте колебания.

где λ = 6,625·10³ Дж·с — постоянная Планка. Так как излучение испускается порци­ями, то энергия осциллятора е может принимать лишь определенные дискретные значения, кратные целому числу элементарных порций энергии ε0

ε= nhν (и=0, 1, 2, ...).

В данном случае среднюю энергию <ε> осциллятора нельзя принимать равной kТ. В приближении, что распределение осцилляторов по возможным дискретным состоя­ниям подчиняется распределению Больцмана, средняя энергия осциллятора

Таким образом, Планк вывел для универсальной функции Кирхгофа формулу

,

которая блестяще

22.Давление света. Давление света в рамках теории фотонов.

Кеплер объяснял отклонение кометных хвостов давлением света. С т. зр э/м теории свет поперечная э/м волна. Тогда падая на пов-сть (зерк. или отражающую) свет должен производить следующие действия:

1.Колеб-я вектора напряженности электрического поля Е вызывают электрический поверхностный ток. 2.Магнитное поле световой волны вз-вуя с этим током вызывает силу по закону Ампера Fa перпендикулярную поверхности и совпадает с направлением распр-я света. Т. обр. взаимодействие э/м излучения с веществом приводит к возникновению давления света. 3. Сила давления зависит от интенсивности света. По вычислениям Максвелла давление = плотности световой энергии в единице объема. Если коэффициент отражения поверхности не=0, то световое давление:

P=U(1+R),где U-объемная плотность энергии; R-коэффициент отражения поверхности.

Rзерк=1 =>P=2U ( в 2 раза больше, чем в случае черной поверхности)

Т.е. через освещенность:P=Ee(1+R)/c

Впервые детально это явление исследовал Лебедев.

Объяснение давления света в рамках теории фотонов. Световое давление- есть результат передачи импульса фотонов поглощающей или отражающей поверхности. Энергия падающего излучения за 1с на единицу поверхности можно определить: Е=Nhν.

Число фотонов падающих на поверхность: N=E/hν

Т. к. фотон обладает импульсом hν/c , то поглощающей стенке он сообщает импульс= hν/c , а отражающий- 2 hν/c.

Импульс сообщаемый абсолютно поглощающей стенке за 1с есть:

27.Атом водорода в магнитном поле. Опыты Штерна- Гер­лаха. Спин электрона.

С точки зрения кван­товой теории электрон можно обнаружить с наиольшей вероятно­стью на 1-м Боровском радиусе( R). Из ф-лы квантования момента импульса следует, что электрон, находящийся в атоме водорода в s-состоянии не обладает моментом импульса. С точки зрения теории Бора такое состояние соответствовало бы маятниктооб

разной орбите элек­трона, проходящей через ядро, что не воз­можно. Квантовая ме­ханика приводит к возможности сущест­вования таких состоя­ний, в которых момент импульса =0. Орби­тальный момент им­пульса электрона и пропорциональный ему магнитный момент ориентированы пер­пендикулярно плоско­сти орбиты и направ­лены в противополож­ные стороны.

Орбитальное гиро­магнитное отношение электрона

P_m=-e/(2m_e)*L_e

Аналогичная связь сущес твует между магнитным моментом и орбитой атома. Со­гласно классическим представлениям L_e может быть произволь­ным образом ориенти­рован относительно направления внешнего магнитного поля .Оказалось, что суще­ствует пространствен­ное квантование мо­мента импульса элек­тро- на. Вектор мо­мента импульса может иметь такие ориента­ции в пространстве, при которых проекция вектора L_e на направ­ление внешне- го поля принимает кванто- вые значения, кратные h.

34. Сильнее всего свя­заны нуклоны в яд­рах с массовыми числами 50-60. С ростом А удельная энергия связи посте­пенно уменьшается. Такая зависимость делает энергетиче­ски возможным два процесса:1)

Деление тяжелых ядер на несколько более легких ядер и 2) слияние (синтез) легких ядер в одно ядро. Ядра с А от 50 до60 являются энергетически бо­лее выгодными. То­гда почему ядра с иными А являются стабильными ? От­вет: для того чтобы разделиться на не­сколько частей ,тяжелое ядро должно пройти че­рез ряд состояний , энергия которых превышает энергию основного состоя­ния. Значит для про­цесса деления ядру нужна дополнитель­ная энергия(энергия активации {ЭА}) , которая затем при­плюсовывается к энергии выделяющейся за счет изменения энергии связи. В обычных условиях ядру негде взять ЭА поэтому тяжелые ядра не претерпе­вают спонтанного деления. ЭА может быть сообщена до­полнительным ней­троном. Что каса­ется легких ядер, то для слияния они должны подойти на расстояние 10 ^ -13 см.Этому препятст­вует Кулоновское отталкивание . Чтобы преодолеть это отталкивание ,ядра должны дви­гаться с очень боль­шими скоростями , соответствующими температурам в миллионы кельвин. Поэтому реакции синтеза легких ядер называют термо­ядерными реак­циями.

Люминисценция(2).

Рекомбинационная Л. возникает в результате соединения 2-х противоположно заряженных частей свечения отделенных друг от друга в момент возбуждения .Законы Л.:

А)З-н о независимости спектра Л от длины волны возбуждающего света.

41.Люминесценция

Б)З-н Стокса- Ломеля: Л. всегда имеет большую длину волны , чем поглощенный возбуждающий свет. Спектр излучения и его мах по сравнению со спектром поглощения и его мах сдвинут в сторону длинных волн.

В) Правило зеркальной симметрии спектров поглощения и люминесценции Левшина: Л. характеризуют квантовым и энергетическим выходом. Квантовый выход – отношение числа квантов Л. к числу квантов поглощенной энергии.

Энергетический выход – отношение энгии L к поглощенной эн-гии

32.

2.Оболочечная модель предполагает распределение нуклонов в ядре по дискретным энергетическим уровням, заполняемым нуклонами согласно принципу Паули и связывает устойчивость ядер с заполнением этих уровней. Считается что ядра с полностью заполненными оболочками являются наиболее устойчивыми. Модель позволила объяснить спины и магнитные моменты ядер, различную устойчивость атомных ядер, а также периодичность изменений их св-в. она хорошо применима для описания легких и средних ядер, а также ядер наход в основном сост.

По мере накопления экспериментальных данных о свойствах атомных ядер появлялись все новые факты. Так возникли обобщенная модель ядра (синтез капельной и оболочечной), оптическая модель (объясняет взаимодействие ядер с налетающими частицами) и другие модели.