7. К в а н т о в а я ф и з и к а

СВЕТОВЫЕ КВАНТЫ. ДЕЙСТВИЯ СВЕТА

Кроме волновой трактовки света существует также корпускулярная, рассматривающая свет как поток частиц – фотонов. Свойства фотонов:

1. электрически нейтральная частица, т.е.;

2. во всех системах отсчета скорость фотона равна скорости света в вакууме: ;

3. энергия фотона пропорциональна частоте электромагнитного излучения, квантом которого он является: , где- постоянная Планка.

4. импульс фотона равен отношению его энергии к скорости и обратно пропорционален его длине волны: ;

5. фотон является безмассовой частицей: m=0.

Фотоэффектом называется явление, состоящее в выбивании светом электронов, находящихся в металле.

Максимальная кинетическая энергия вылетевших электронов можно определить по тому значению напряжения, при котором прекращается ток через фотоэлемент: .

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: .

Необходимое условие, при котором возможен фотоэффект: фотоэффект будет наблюдаться в том случае, когда энергии поглощенного фотона хватит, по крайней мере, на совершение электроном работы выхода из металла:.

Свойства материальных объектов, заключающихся в том, что в поведении одного и того же объекта могут проявляться и корпускулярные и волновые черты, называется корпускулярно-волновым дуализмом.

Если частица обладает импульсом p. То ей соответствует длина волны: - длина волны де Бройля.

АТОМ И АТОМНОЕ ЯДРО

Резерфорд пришел к выводу о том, что модель Томсона неверна, так появилась ядерная (планетарная) модель строения атома:

1. Атом состоит из расположенного в центре положительно заряженного ядра и обращающихся вокруг него электронов;

2. Ядро имеет заряд , имеет размеры много, в десятки тысяч раз меньшие размеров атома, и обладает массой, составляющей 99,96% массы всего атома;

3. Вокруг ядра под действием кулоновских электрических сил обращается Z электронов. Суммарный заряд электронов равен , так что в целом атом нейтрален.

Н. Бор в 1913 г. опубликовал квантовую теорию атома, основу которой составляют три постулата:

1. Атом может находится не во всех состояниях, допускаемых классической физикой, а только в особых, квантовых (или стационарных) состояниях, каждому из которых соответствует своя энергия . В стационарном состоянии атом не излучает.

2. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое излучается или поглощается квант света с энергией , равной разности энергий стационарных состояний:.

3. В стационарном состоянии электрон может двигаться только по такой орбите, радиус которой удовлетворяет условию: , где- импульс электрона,n – номер квантового состояния.

Квантовая механика представляет собой нерелятивистскую теорию явлений, происходящих в микромире. Ее отличительной чертой является учет корпускулярно-волнового дуализма и вероятностное описание поведения микрочастиц. Согласно квантовой механике, любая свободно движущаяся частица характеризуется длиной волны, интенсивность которой в любой точке пространства пропорциональна вероятности ее обнаружения в этой точке. Квантовая физика объясняет существование атомных ядер действием внутри их особых, ядерных сил, отличающихся по своей природе от электромагнитных сил, и от гравитационных. Свойства ядерных сил:

• обеспечивают притяжения нуклонов друг к другу, причем независимо от зарядового состояния;

• интенсивнее на 2 – 3 порядка электромагнитных;

• имеют короткодействующий характер;

• по крайней мере, имеют обменный характер.

Минимальная энергия, необходимая для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны, называется энергией связи атомного ядра.

,

где энергия покоя,- энергия связи,- суммарная энергия (сумма энергий покоя) нуклонов.

Дефектом массы называется разность между суммой масс нуклонов и массой состоящего из них ядра: ,

где - масса атома водорода,- масса атома, содержащего рассматриваемое ядро.

При выделении энергии связи теряется часть массы: .

Радиоактивностью называется способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра, испуская при этом различные частицы.

Уравнение радиоактивного распада в общем случае: .

Ядерные реакции – превращение атомных ядер в результате взаимодействия друг с другом или какими – либо элементарными частицами: .

Самоподдерживающаяся реакция деления тяжелых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие все новые и новые ядра, называется цепной ядерной реакцией.

Коэффициентом размножения нейтронов называется отношение числа нейтронов в одном из каком – либо поколении цепной реакции к породившему их числу нейтронов предшествующего поколения: , необходимое условие цепной реакции.

Элементарными частицами называются такие микрообъекты, которые невозможно расщепить на составные части.