- •1. Квантовые оптические явления
- •1.1. Фотоны. Энергия, масса и импульс фотонов
- •1.2. Тепловое излучение Понятие о равновесном тепловом излучении
- •Характеристики теплового излучения
- •Законы теплового излучения Закон Кирхгофа
- •Закон Стефана-Больцмана
- •Законы Вина
- •Закон смещения Вина.
- •Формула Рэлея-Джинса
- •Формула Планка
- •1.3. Фотоэффект
- •Основные законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна
- •Внутренний фотоэффект
- •Вентильный фотоэффект
- •1.4. Давление света
- •1.5. Эффект Комптона
- •2. Тормозное рентгеновское излучение
- •Опыт Ботэ
- •2. Физика атома
- •2.1. Спектры. Закономерности в атомных спектрах
- •Модели атома Томсона и Резерфорда
- •Постулаты Бора
- •Применение теории Бора к атому водорода
- •Опыты Франка и Герца
- •Достоинства и недостатки теории Бора
- •2.2. Люминесценция
- •Применение люминесценции
- •3. Физика атомного ядра и элементарных частиц
- •3.1. Состав и характеристики атомного ядра
- •3.2. Дефект массы и энергия связи ядра
- •3.3. Ядерные силы
- •3.4. Радиоактивность
- •3.5. Правила радиоактивного смещения
- •3.6. Закон радиоактивного распада. Активность
- •3.7. Методы регистрации радиоактивного излучения
- •3.8. Ядерные реакции
- •3.9. Термоядерные реакции
- •4. Элементы квантовой механики
- •4.1.Гипотеза Луи де Бройля
- •4.2. Уравнение Шредингера
- •4.3. Частица в одномерной прямоугольной «потенциальной яме» с бесконечно высокими «стенками»
- •4.4. Спин электрона. Принцип Паули
- •Рекомендуемая литература
- •Оглавление
- •Квантовая оптика. Атомная и ядерная физика
4.4. Спин электрона. Принцип Паули
Состояние каждого электрона в атоме определяется четырьмя квантовыми числами:
1. Главное квантовое число определяет размеры орбиты. От этого числа зависит энергия электрона в атоме; оно может принимать только целочисленные значения от до :
.
2. Орбитальное квантовое число определяет эксцентриситет орбиты или орбитальный момент количества движения электрона и может принимать только целочисленные значения от до , где – главное квантовое число, т.е.
.
Различные значения числа при данном соответствуют движению электронов по эллипсам различной вытянутости. Совокупность всех электронов, движущихся по этим эллипсам, представляет собой электронный слой (оболочку) с данным главным квантовым числом.
– слой с обозначается как -слой;
– слой с обозначается как -слой;
– слой с обозначается как -слой и т.д.
Численные значения обозначаются буквами по следующей схеме:
: , , , , ,
буква: , , , , , .
Состояние электронов в слое : → .
Состояние электронов в слое : →
→ .
3. Магнитное квантовое число определяет пространственную ориентацию орбиты электрона.
4. Спиновое квантовое число – .
Собственный момент количества движения электрона называют спином:
.
Если принять за единицу измерения момента количества движения, то . Проекция спина электрона на любую ось может принимать только два значения: и , что соответствует ориентации спина либо параллельно, либо антипараллельно этой оси. В настоящее время установлено, что спином обладает не только электрон, но и большинство элементарных частиц. Спин – это особое свойство элементарных частиц. Итак, состояние электрона в атоме характеризуется четырьмя квантовыми числами: .
Согласно принципу Паули, в одном и том же атоме (молекуле) не может быть двух (и более) электронов, у которых были бы одинаковыми все четыре квантовых числа. В основном состоянии атом и электроны в нем обладают наименьшей энергией.
Пример. Атом (литий) имеет 3 электрона (рис.23). Третий электрон, согласно принципу Паули, не может попасть в слой , так как все состояния там заняты. Следовательно, энергия третьего электрона должна быть более высокой, чем первых двух. Он попадает в слой ( – слой).
Рекомендуемая литература
-
Савельев И.В. Курс общей физики / И.В. Савельев. Т.3.-СПб.: Лань, 2006.
-
Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высшая школа, 2004.
-
Егоров И.Н. Справочное руководство по физике. Ч.2. Колебания, волны, оптика, атомная и ядерная физика: учеб.-метод. пособие / И.Н. Егоров, С.И. Егорова, В.С. Кунаков, Г.Ф. Лемешко, Ю.М. Наследников. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2009.
-
Федосеев В.Б. Физика / В.Б. Федосеев.- Ростов н/Д: Феникс, 2009.
Оглавление
1. |
КВАНТОВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ……………………………. |
3 |
|||
1.1. |
Фотоны. Энергия, масса и импульс фотонов………… |
3 |
|||
1.2. |
Тепловое излучение……………………………………………. |
3 |
|||
|
Понятие о равновесном тепловом излучении…………………………………………………………… |
3 |
|||
|
Характеристики теплового излучения………… |
4 |
|||
|
Законы теплового излучения…………………….. |
6 |
|||
1.3. |
Фотоэффект………………………………………………………… |
12 |
|||
|
Основные законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна……………………………………………….. |
13 |
|||
|
Внутренний фотоэффект…………………………… |
14 |
|||
|
Вентильный фотоэффект…………………………… |
15 |
|||
1.4. |
Давление света…………………………………………………… |
16 |
|||
1.5. |
Эффект Комптона…………………………………………………
|
18 |
|||
2. |
ФИЗИКА АТОМА…………………………………………………………… |
20 |
|||
2.1. |
Спектры. Закономерности в атомных спектрах…….. |
20 |
|||
|
Модели атома Томсона и Резерфорда………… |
22 |
|||
|
Постулаты Бора……………………………………….. |
24 |
|||
|
Применение теории Бора к атому водорода. |
25 |
|||
|
Опыты Франка и Герца…………………………….. |
27 |
|||
|
Достоинства и недостатки теории Бора……… |
29 |
|||
2.2. |
Люминесценция…………………………………………………..
|
30 |
|||
3. |
ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ… |
32 |
|||
3.1. |
Состав и характеристики атомного ядра………………. |
32 |
|||
3.2. |
Дефект массы и энергия связи ядра…………………….. |
33 |
|||
3.3. |
Ядерные силы…………………………………………………….. |
35 |
|||
3.4. |
Радиоактивность…………………………………………………. |
35 |
|||
3.5. |
Правила радиоактивного смещения…………………….. |
37 |
|||
3.6. |
Закон радиоактивного распада. Активность…………. |
37 |
|||
3.7. |
Методы регистрации радиоактивного излучения….. |
39 |
|||
3.8. |
Ядерные реакции………………………………………………… |
40 |
|||
3.9. |
Термоядерные реакции………………………………………..
|
43 |
4. |
ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ…………………………….. |
45 |
|
4.1. |
Гипотеза Луи де Бройля………………………………………. |
45 |
|
4.2. |
Уравнение Шредингера……………………………………….. |
48 |
|
4.3. |
Частица в одномерной прямоугольной «потенциальной яме» с бесконечно высокими «стенками»…. |
50 |
|
4.4. |
Спин электрона. Принцип Паули………………………….
|
54 |
|
Рекомендуемая литература………………………………………………… |
55 |
Учебное издание
Егорова Светлана Ивановна,
Егоров Иван Николаевич,
Лемешко Галина Филипповна