- •Навчальний посібник з фізики для слухачів підготовчих курсів заочної та дистанційної форм навчання частина II
- •Електрика та магнетизм Питання програми
- •Основні поняття, закони, формули Основи електростатики
- •Закони постійного струму Характеристики електричного струму:
- •Електричний струм у різних середовищах
- •Магнітне поле, електромагнітна індукція
- •Приклади розв’язування задач
- •Оптика. Фізика атома і атомного ядра Питання програми
- •Основні закони і формули Геометрична оптика
- •Довжина світлової хвилі в середовищі
- •Хвильова оптика
- •Світлові кванти.
- •Атом та атомне ядро.
- •Приклади розв’язування задач
- •Фізичні константи
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 νmin(чи найбільша довжина світлової хвилі λmax), 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:
Aвих - 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 En. 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 = Ek – En,
де k і n - цілі числа (номери стаціонарних станів), якщо Ek > En фотон з частотою ν випромінюється, якщо Ek < En - поглинається.
3. Радіуси rn 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 Mя < (Zmp + Nmn),
тобто існує так званий дефект мас ядра: ∆M = Zmp + Nmn – Mя.
Підставивши значення дефекта мас в рівняння для енергії, отримаємо формулу для визначення енергії зв'язку:
Eзв = ∆Mс2 = ( Zmp + Nmn – Mя)·с2.
Якщо дефект маси виразити в а.о.м., то енергія зв'язку обчислюється – у МеВ, за формулою: Eзв = 931,5 ( Zmp + Nmn – Mя).
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 M0, то реакція протікає з виділенням енергії; якщо ж M0 то реакція протікає з поглинанням енергії.