- •Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества. Газы, жидкости и твердые тела. Статистический и термодинамический методы исследования.
- •Термодинамические параметры. Состояние термодинамического равновесия. Уравнения состояния термодинамической системы.
- •21. Тепловое излучение. Энергетическая светимость. Спектральная плотность энергетической светимости. Спектральная поглощательная способность. Понятие ачт.
- •22. Законы тепл. Излучения. Закон Кирхгофа для тепл.Излучения. Распределение энергии в спектре излучения ачт. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина.
- •23. Формулы Рэлея-Джинса и Вина для излучения ачт. Гипотеза Планка
- •24. Фотоэффект. З-ны внешнего фотоэффекта. Фотоны. Ур-ие Эйнштейна для вн. Фотоэффекта.
- •25. Корпускулярно-волновой дуализм. Энергия, масса и импульс фотона. Давление света. Эффект Комптона.
- •26. Линейчатый спектр атома водорода. Формула Бальмера
- •27. Модели атома. Модель Томсона. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома.
- •29. Спонтанное и вынужденное излучение. Оптические квантовые генераторы.
- •30. Рентгеновское излучение. Рентгеновская трубка. Тормозное излучение и его спектр. Характеристическое излучение и его спектр.
- •31. Гипотеза де Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера.
- •32. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
- •33. Волновая функция и её свойства. Движение свободной частицы.
- •34. Уравнение Шредингера. Квантовые состояния.
- •35. Микрочастица в одномерной потенциальной яме.
- •36. Атом водорода в квантовой механике.
- •37. Модели атомного ядра. Состав ядра. Ядерные силы.
- •38. Дефект массы. Энергия связи нуклонов ядра.
- •39. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Закономерность α,β,γ распада. Искусственная радиоактивность.
- •40. Ядерные реакции. Ядерные реакции деления и синтеза.
- •41. Физические основы ядерной энергетики. Ядерный реактор.
- •42. Проблемы управляемого термоядерного синтеза.
- •43.Прохождение заряженных частиц и гамма излучения через вещ-во. Элементы дозиметрии.
- •44. Виды взаимодействий в природе. Элементарные частицы. Классификация элементарных частиц. Кварки.
29. Спонтанное и вынужденное излучение. Оптические квантовые генераторы.
Атом, находящийся в возбужденном состоянии, самопроизвольно переходит в основное состояние или на более низкий энергетический уровень.
Излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе из одного состояния в другое, называется спонтанным излучением. Спонтанное излучение различных атомов происходит индивидуально, так как каждый атом начинает и заканчивает излучение независимо от других.
Переход электрона в атоме с верхнего энергетического уровня на нижний и сопровождающее этот акт излучение могут происходить также под влиянием внешнего электромагнитного поля. Такое излучение называют вынужденным, или индуцированным. Большой вклад в разработку вопроса о вынужденном излучении (испускании) внес А. Эйнштейн. Гипотеза Эйнштейна состоит в том, что под действием электромагнитного поля частоты ω молекула (атом) может:
1)перейти с более низкого энергетического уровня на более высокий с поглощением фотона энергией (поглощение);
2)перейти с более высокого энергетического уровня на более низкий с испусканием фотона энергией (вынужденное);
3)кроме того, как и в отсутствие возбуждающего поля, остаётся возможным самопроизвольный переход молекулы (атома) с верхнего на нижний уровень с испусканием фотона энергией (спонтанное)
Ла́зер, опти́ческий ква́нтовый генера́тор — устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.
Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью, или импульсным, достигающим предельно больших пиковых мощностей. В некоторых схемах рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника.Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение. Таким образом происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайные направления распространения, поляризацию и фазу.
30. Рентгеновское излучение. Рентгеновская трубка. Тормозное излучение и его спектр. Характеристическое излучение и его спектр.
Б ольшую роль в выяснении строения атома, а именно распределения электронов по оболочкам, сыграло излучение, открытое в 1895 г. немецким физиком В. Рентгеном (1845—1923) и названное рентгеновским. Самым распространенным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, в которой сильно ускоренные электрическим полем электроны бомбардируют анод (металлическая мишень из тяжелых металлов, например W или Pt), испытывая на нем резкое торможение. При этом возникает рентгеновское излучение, представляющее собой электромагнитные волны с длиной волны примерно 10–12—10–8 м. Волновая природа рентгеновского излучения доказана опытами по его дифракции.
Исследование спектрального состава рентгеновского излучения показывает, что его спектр имеет сложную структуру и зависит как от энергии электронов, так и от материала анода. Спектр представляет собой наложение сплошного спектра, ограниченного со стороны коротких длин волн некоторой границей min, называемой границей сплошного спектра, и линейчатого спектра — совокупности отдельных линий, появляющихся на фоне сплошного спектра.
Исследования показали, что характер сплошного спектра совершенно не зависит от материала анода, а определяется только энергией бомбардирующих анод электронов. Детальное исследование свойств этого излучения показало, что оно испускается бомбардирующими анод электронами в результате их торможения при взаимодействии с атомами мишени. Сплошной рентгеновский спектр поэтому называют тормозным спектром. Этот вывод находится в согласии с классической теорией излучения, так как при торможении движущихся зарядов должно действительно возникать излучение со сплошным спектром.
Из классической теории, однако, не вытекает существование коротковолновой границы сплошного спектра. Из опытов следует, что чем больше кинетическая энергия электронов, вызывающих тормозное рентгеновское излучение, тем меньше min. Это обстоятельство, а также наличие самой границы объясняются квантовой теорией. Очевидно, что предельная энергия кванта соответствует такому случаю торможения, при котором вся кинетическая энергия электрона переходит в энергию кванта, т. е. , где - частота, соответствующая границе сплошного спектра; U - разность потенциалов, за счет которой электрону сообщается энергия . Отсюда граничная длина волны: ,(1)что полностью соответствует экспериментальным данным. Измеряя границу рентгеновского сплошного спектра, по формуле (1) можно определить экспериментальное значение постоянной Планка h, которое наиболее точно совпадает с современными данными.
При достаточно большой энергии бомбардирующих анод электронов на фоне сплошного спектра появляются отдельные резкие линии — линейчатый спектр, определяемый материалом анода и называемый характеристическим рентгеновским спектром (излучением).
По сравнению с оптическими спектрами характеристические рентгеновские спектры элементов совершенно однотипны и состоят из нескольких серий, обозначаемых К, L, М, и O. Каждая серия, в свою очередь, содержит небольшой набор отдельных линий, обозначаемых в порядке убывания длины волны индексами , , ,... (К, К, К,.... L, L, L, ...). При переходе от легких элементов к тяжелым структура характеристического спектра не изменяется, лишь весь спектр смещается в сторону коротких волн. Особенность этих спектров заключается в том, что атомы каждого химического элемента, независимо от того, находятся ли они в свободном состоянии или входят в химическое соединение, обладают определенным, присущим только данному элементу линейчатым спектром характеристического излучения. Так, если анод состоит из нескольких элементов, то и характеристическое рентгеновское излучение представляет собой наложение спектров этих элементов. Рассмотрение структуры и особенностей характеристических рентгеновских спектров приводит к выводу, что их возникновение связано с процессами, происходящими во внутренних, застроенных электронных оболочках атомов, которые имеют сходное строение.