Світлові кванти.

Намагаючись подолати труднощі класичної фізики щодо пояснення випромінювання нагрітого твердого тіла, німецький фізик, Макс Планк у 1900 році висловив таку гіпотезу: запас енергії коливальної системи, яка знаходиться у рівновазі з електромагнітним випромінюванням, не може набувати довільних значень. Мінімальну кількість енергії, яку система може поглинати або випромінювати, називають квантом енергії , вона пропорційна частоті коливань електромагнітного випромінювання ν: E = hν h = 6,625·10^-34 Дж·с - стала Планка.

Властивості світла, які виявляються під час поглинання і випромінювання, називають корпускулярними, а саму світлову частинку – фотоном.

Фотон має лише релятивістську масу і не має маси спокою. Фотон має масу доти, доки він рухається зі швидкістю світла. Характеристики фотона:

маса

імпульс

енергія

Зовнішнім фотоефектомназивають явище виривання електронів із поверхні речовини під дією світла. Закони Столєтова для зовнішнього фотоефекту:

1) кількість електронів, вирваних світлом з поверхні металу за 1 с, прямо пропорційна поглинутій енергії світлової хвилі;

2) максимальна кінетична енергія фотоелектронів зростає лінійно з частотою світла і не залежить від його інтенсивності;

3) для кожної речовини існує червона межа фотоефекту (поріг фотоефекту) - така найменша частота ν_min(чи найбільша довжина світлової хвилі λ_max), за якої ще можливий фотоефект;

В експериментальних законах фотоефекту Ейнштейн побачив докази того, що світло має переривчасту структуру і фотоефект відбувається внаслідок поглинання електроном одного кванта, а інші кванти не можуть брати участі в цьому процесі. Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту

Цей закон пояснює основні закономірності фотоефекту. Мінімальна частота (червона межа), з якої починається фотоефект у даній речовині:

A_вих - робота виходу електрона із речовини.кінетична енергія вирваних електронів.

Атом та атомне ядро.

Нільс Бор створив теорію атома на основі таких постулатів:

1. Атомна система може перебувати тільки в особливих стаціонарних, або квантових станах, кожному з яких відповідає певна енергія E_n. У стаціонарному стані атом не випромінює і не поглинає енергію.

2. Перехід атома з одного стаціонарного стану в інший супроводжується випромінюванням чи поглинанням фотонів, енергію hν яких визначають за формулою: hν = E_k – E_n,

де k і n - цілі числа (номери стаціонарних станів), якщо E_k > E_n фотон з частотою ν випромінюється, якщо E_k < E_n - поглинається.

3. Радіуси r_n стаціонарних станів задовольняють умові:

де n = 1, 2, 3, номера орбіт…, m - маса електрона.

Український фізик Іваненко і німецький фізик Гейзенберг у 1932 році незалежно один від одного запропонували протонно-нейтронну модель ядра, згідно з якою ядро складається із протонів і нейтронів. Оскільки атом в цілому електронейтральний, а заряд протона дорівнює модулю заряда електрона, то число протонів у ядрі дорівнює числу електронів в атомній оболонці. Відповідно число протонів в ядрі дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі елементів Менделєєва.

Суму числа протонів Z і числа нейтронів N називають масовим числом А; воно дорівнює: A = Z + N.

Точні вимірювання мас ядер показують, що M_я < (Zm_p + Nm_n),

тобто існує так званий дефект мас ядра: ∆M = Zm_p + Nm_n – M_я.

Підставивши значення дефекта мас в рівняння для енергії, отримаємо формулу для визначення енергії зв'язку:

E_зв = ∆Mс² = ( Zm_p + Nm_n – M_я)·с².

Якщо дефект маси виразити в а.о.м., то енергія зв'язку обчислюється – у МеВ, за формулою: E_зв = 931,5 ( Zm_p + Nm_n – M_я).

Радіоактивним розпадом називають явище спонтанного перетворення одних атомних ядер в інші, що супроводжується випромінюванням -,-,- променів.

Закон радіоактивного розпаду: ,

де N-число ядер, що не розпалися за час t, N₀ –число радіоактивних ядер в момент t=0, - стала радіоактивного розпаду - величина обернена часу, за який початкова кількість атомів зменшилась вe разів.

Період піврозпаду T- час, за який розпадається половина початкової кількості ядер:

Ядерна реакція – це процес сильної взаємодії атомного ядра з елементарною частинкою, або іншим ядром, що приводить до виникнення нових ядер та нових елементарних частинок.

При написанні рівнянь будь-якої ядерної реакції виконується закон збереження масових і зарядових чисел: сума масових чисел вихідних продуктів ядерної реакції дорівнює сумі масових чисел кінцевих продуктів реакції; алгебраїчна сума зарядових чисел Z ядер і частинок до реакції дорівнює алгебраїчній сумі зарядових чисел кінцевих продуктів ядерної реакції.

Ядерна реакція має такий скорочений запис , що еквівалентний запису, деA- вихідне ядро, що вступає в реакцію, - частинка, що вступає в реакцію,- частинка, що утворюється внаслідок реакції,B- ядро, яке утворилося внаслідок реакції.

Дефект маси ядерної реакції – це різниця сум мас ядер та частинок, що вступають у реакцію і утворених внаслідок реакції. Оскільки при ядерній реакції число електронів до і після реакції не змінюється то, обраховуючи дефект маси ядерної реакції, замість мас ядер використовують масу атомів:

, де - маса вихідних речовин, амаса речовини після реакції.

Якщо M0, то реакція протікає з виділенням енергії; якщо ж M0 то реакція протікає з поглинанням енергії.