28.Устройство и принцип действия растрового электронного микроскопа.

Основными частями растрового электронного микроскопа являются система линз, электронная пушка, коллектор электронов. Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) для наблюдения и съёмки и связанная с ними система электроники.

В основе работы микроскопа лежит принцип сканирования исследуемой поверхности тонким электронным зондом. В результате взаимодействия зонда с веществом образуются разные токи, которые улавливаются соответствующими приёмниками и преобразуются в видеосигнал. Полученный видеосигнал поступаёт на телевизионный тракт, где он усиливается, преобразуется в телевизионный сигнал с последующим воспроизведением изображением на экране кинескопа видеоконтрольного устройства .

29. Благодаря чему разрешающая способность электронного микроскопа выше, чем у оптического?

В электронной микроскопии для построения изображения вместо световых лучей используется пучок электронов.  Электрон испускает куда более короткие волны, чем свет. Потому и разрешающая способность электронного микроскопа выше, чем у оптического, а значит, он гораздо мощнее. Свет заменяется направленным пучком электронов, вместо источника света – электронная пушка. Такие микроскопы нужны для наиболее тонких исследований. 

30. Как проявляются волновые свойства атомов и ионов?

К началу XX века в оптике были известны как явления, подтверждающие наличие волновых свойств у света (интерференция, поляризация, дифракция и др.), так и явления, нашедшие объяснение с позиций корпускулярной теории (фотоэффект, эффект Комптона и др.). В начале XX века для частиц вещества был обнаружен ряд эффектов, внешне сходных с оптическими явлениями, характерными для волн. Так, в 1921 году Рамзауэр при исследовании рассеяния электронов на атомах аргона обнаружил, что при уменьшении энергии электрона от нескольких десятков электрон-вольт эффективное сечение упругого рассеяния электронов на аргоне растет.Другой интересный эффект - селективное отражение электронов от поверхности металлов; оно изучалось в 1927 году американскими физиками Дэвиссоном и Джермером, а также независимо от них английским физиком Дж. П. Томсоном.В результате опытов Дэвиссона-Джермера показано, что угловое распределение рассеянных электронов имеет такой же характер, как и распределение рентгеновских лучей, рассеянных кристаллом.

31. Статистическая интерпретация волн де Бройля.

Во́лны де Бро́йля — волны, связанные с любыми микрочастицами и отражающие их волновую природу. М. Борном (Макс Борн, немецкий физик-теоретик, 1882–1970, Нобелевская премия 1954 г. за статистическую интерпретацию волновой функции) была предложена статистическая  интерпретация волн де Бройля. Волны де Бройля следует рассматривать как волны вероятности: Интенсивность волн де Бройля в данный момент времени и в данном месте определяет вероятность обнаружить частицу в данное время и в данном месте. А интенсивность волн пропорциональна квадрату амплитуды.  32. Различие между классической и квантовой физикой в определении положения и импульса частицы.

В классической механике можно определить положение и импульс движущейся точки на ее траектории в любой последовательный момент времени, если известны силы, действующие на нее.  В квантовой физике, частица не может быть описана как классическая частица, то есть например у нее не могут быть одновременно точно измерено положение и скорость (импульс). Принцип неопределённости уже в виде, первоначально предложенном Гейзенбергом, применим и в случае, когда ни одна из двух крайних ситуаций (полностью определенный импульс и полностью неопределенная пространственная координата - или полностью неопределенный импульс и полностью определенная координата) не реализуется.  33.Невозможность одновременного точного определения координаты и импульса частиц является следствием ограниченной точности измерительных приборов или является результатом проявления фундаментальных закономерностей?

Микрочастица, обладая и волновыми свойствами, является как бы протяженным объектом и не может одновременно иметь определенную координату и импульс, то есть нельзя утверждать, что микрочастица занимает определенное положение, и обладает определенным импульсом. Это особенность поведения микрочастицы. Иными словами, невозможно предсказать поведение каждого атома (как состоящего из этих частиц), а можно вычислить лишь среднее значение экспериментально наблюдаемых величин.  Этот принцип является фундаментальным, определяющим границы применимости классических представлений при описании свойств микромира. 

34. Мысленный опыт по дифракции электронов на экран от одной щели (графическая схема эксперимента, её физико-геометричекий анализ).

Рассмотрим, например, дифракцию электронов на одиночной щели ширины D (рис. 8.4.3).

Более 85 % всех электронов, прошедших через щель, попадут в центральный дифракционный максимум. Угловая полуширина θ₁ этого максимума находится из условия 

D sin θ1 = λ.

Это формула волновой теории. С корпускулярной точки зрения можно считать, что при пролете через щель электрон приобретает дополнительный импульс в перпендикулярном направлении. Пренебрегая 15 % электронов, которые попадают на фотопластинку за пределами центрального максимума, можно считать, что максимальное значение p_y поперечного импульса равно 

где p – модуль полного импульса электрона, равный, согласно де Бройлю, h / λ. Величина p при прохождении электрона через щель не меняется, т. к. остается неизменной длина волны λ. Из этих соотношений следует 

Прохождение электронов через щель является экспериментом, в котором y – координата электрона – определяется с точностью Δy = D. Величину Δy называют неопределенностью измерения координаты. В то же время точность определения y – составляющей импульса электрона в момент прохождения через щель – равна p_y или даже больше, если учесть побочные максимумы дифракционной картины. Эту величину называют неопределенностью проекции импульса и обозначают Δp_y. Таким образом, величины Δy и Δp_y связаны соотношением 

Δy · Δpy ≥ h,

которое называется соотношением неопределенностей Гейзенберга. Величины Δy и Δp_y нужно понимать в том смысле, что микрочастицы в принципе не имеют одновременно точного значения координаты и соответствующей проекции импульса. Соотношение неопределенностей не связано с несовершенством применяемых приборов для одновременного измерения координаты и импульса микрочастицы. Оно является проявлением двойственной корпускулярно-волновой природы материальных микрообъектов. Соотношение неопределенностей позволяет оценить, в какой мере можно применять к микрочастицам понятия классической механики. Оно показывает, в частности, что к микрообъектам неприменимо классическое понятие траектории, так как движение по траектории характеризуется в любой момент времени определенными значениями координат и скорости. Принципиально невозможно указать траекторию, по которой двигался какой-то конкретный электрон после прохождения щели и до фотопластинки в рассмотренном мысленном эксперименте.

35. Принцип неопределенностей (Гейзенберг)  В классической механике можно определить положение и импульс движущейся точки на ее траектории в любой последо-вательный момент времени, если известны силы, действующие на нее.  Микрочастица, обладая и волновыми свойствами, является как бы протяженным объектом и не может одновременно иметь определенную координату и импульс, то есть нельзя утверждать, что микрочастица занимает определенное положение, и обладает определенным импульсом. Это особенность поведения микрочастицы. Иными словами, невозможно предсказать поведение каждого атома (как состоящего из этих частиц), а можно вычислить лишь среднее значение экспериментально наблюдаемых величин.  Этот принцип является фундаментальным, определяющим границы применимости классических представлений при опи-сании свойств микромира.  Принцип неопределенности: неопределенность значения координаты x * неопределенность скорости > h/m,математическое выражение которого называется соотношением неопределенностей Гейзенберга: Δx* х* Δv > h/m где Δx — неопределенность (погрешность измерения) пространственной координаты микрочастицы, Δv — неопределенность скорости частицы, m — масса частицы, а h — постоянная Планка, названная так в честь немецкого физика Макса Планка, еще одного из основоположников квантовой механики. Постоянная Планка равняется примерно 6,626 x 10–34 Дж·с, то есть содержит 33 нуля до первой значимой цифры после запятой.