шпоры



Излуче́ние — процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц.

____________________________________________________________________

Теплово́е излуче́ние — электромагнитное излучение, возникающее за счёт внутренней энергии тела[1]. Имеет сплошной спектр, максимум которого зависит от температуры тела.  Тепловое излучение имеет нагретый металл, земная атмосфера, является равновесным

____________________________________________________________________

Люминесце́нция —  нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения

____________________________________________________________________

Энергетическая светимость тела — — физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот.

 ;  Дж/с·м² = Вт/м²

____________________________________________________________________

Поглощающая способность тела —  — функция частоты и температуры, показывающая, какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается телом в области частот  вблизи 

где  — поток энергии, поглощающейся телом.

— поток энергии, падающий на тело в области  вблизи 

____________________________________________________________________

Отражающая способность тела —  — функция частоты и температуры, показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, отражается от него в области частот  вблизи 

где  — поток энергии, отражающейся от тела.

— поток энергии, падающий на тело в области  вблизи 

____________________________________________________________________

Закон киргофа — Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы. Является универсальной функцией частоты чем лучше поглошается тем лучше испускает идеально

____________________________________________________________________

Правило киргофа Первое правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в каждом узле любой цепи равна нулю. При этом втекающий в узел ток принято считать положительным, а вытекающий — отрицательным:

Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Это правило следует из фундаментального закона сохранения заряда.

(правило напряжений Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений на всех ветвях, принадлежащих любому замкнутому контуру цепи, равна алгебраической сумме ЭДС ветвей этого контура. Если в контуре нет источников ЭДС (идеализированных генераторов напряжения), то суммарное падение напряжений равно нулю:

для постоянных напряжений 

для переменных напряжений 

 абсолютно чёрного тела – это тело, которое поглощает 100% падающих на него лучей.

____________________________________________________________________

Закон стефанана больцмана Нагретые тела излучают энергию в виде электромагнитных волн различной длины. Когда мы говорим, что тело «раскалено докрасна», это значит, что его температура достаточно высока, чтобы тепловое излучение происходило в видимой, световой части спектра.

____________________________________________________________________

Энергети́ческая свети́мость  — физическая величина, одна из энергетических фотометрических величин[1]. Характеризует мощность оптического излучения, излучаемого малым участком поверхности единичной площади. Равна отношению потока излучения , испускаемого малым участком поверхности источника излучения, к его площади [1]:

____________________________________________________________________

Спектральная плотность энергетической светимости  — отношение величины энергетической светимости  приходящейся на малый спектральный интервал , заключённый между  и , к ширине этого интервала:

Единицей измерения  в системе СИ является Вт·м−3.

____________________________________________________________________

Постоя́нная Бо́льцмана ( или ) — физическая постоянная, определяющая связь между температурой и энергией Дж/К[1].

____________________________________________________________________

Зако́н смеще́ния Ви́на даёт зависимость длины волны, на которой поток излучения энергии чёрного тела достигает своего максимума, оттемпературы чёрного тела. λmax = b/T ≈ 0,002898 м·К × T −1 (K),

где T — температура, а λmax — длина волны с максимальной интенсивностью. Коэффициент b, называемый постоянной Вина, в системе СИ имеет значение 0,002898 м·К.

____________________________________________________________________

Ультрафиоле́товая катастро́фа — физический термин, описывающий парадокс классической физики, состоящий в том, что полная мощность теплового излучения любого нагретого тела должна быть бесконечной. Название парадокс получил из-за того, что спектральная плотность энергии излучения должна была неограниченно расти по мере сокращения длины волны.

____________________________________________________________________

Закон Рэлея-Джинса — закон излучения Рэлея-Джинса для равновесной плотности излучения абсолютно чёрного тела  и для испускательной способности абсолютно чёрного тела 

____________________________________________________________________

Формула Планка — выражение для спектральной плотности мощности излучения абсолютно чёрного тела  постоянной Планка = 1.054 · 10−27 эрг·с

____________________________________________________________________

Фотоэффект

    Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Внешний фотоэффект наблюдается в твердых телах (металлах, полупроводниках, диэлектриках), а также в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация).

____________________________________________________________________

  Внутренний фотоэффект – это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникновению электродвижущей силы (ЭДС).

____________________________________________________________________

Ток насыщения характеризует эмиссионную способность катода, которая зависит от природы катода и его температуры. Он растёт с повышением температуры катода. Зависимость тока насыщения от температуры катода выражается формулой Ричардсона-Дешмена:

 , (4)

где А=6,02·105 А/м2К2 — постоянная, одинаковая почти для всех металлов,

— площадь поверхности катода.

Плотность тока насыщения в соответствии с формулой 4 сильно зависит от температуры и работы выхода. Так, например, для чистой поверхности вольфрама при температуре 1000 К плотность тока насыщения

Чтобы лучше видеть искру в своих опытах, Герц поместил приёмник в затемнённую коробку. При этом он заметил, что в коробке длина искры в приёмнике становится меньше. Тогда Герц стал экспериментировать в этом направлении, в частности, он исследовал зависимость длины искры в случае, когда между передатчиком и приёмником помещается экран из различных материалов. Герц нашёл, что электромагнитные волны проходили через одни виды материалов и отражались другими, что привело в будущем к появлению радаров. Кроме того, Герц заметил, что заряженный конденсатор теряет свой заряд быстрее при освещении его пластин ультрафиолетовым излучением. Полученные результаты явились открытием нового явления в физике, названногофотоэффектом. Теоретическое обоснование этого явления позже дал Альберт Эйнштейн, получивший за это Нобелевскую премию в 1921 году.

____________________________________________________________________

Для того чтобы получить о фотоэффекте более полное представление, нужно выяснить, от чего зависит число вырванных светом с поверхности вещества электронов (фотоэлектронов) и чем определяется их скорость или кинетическая энергиячто сила фототока насыщения увеличивается с увеличением интенсивности падающего света. Если по этим данным построить график зависимости силы тока насыщения от интенсивности света, то получим прямую, которая проходит через начало координат (рис. 4, а). Следовательно, сила фотона насыщения пропорциональна интенсивности света, падающего на катод: Iф ~ I.

____________________________________________________________________

Фотоэффе́кт — это испускание электронов веществом под действием света (или любого другого электромагнитного излучения). В конденсированныхвеществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Законы фотоэффекта:

Формулировка 1-го закона фотоэффекта: Сила фототока прямо пропорциональна плотности светового потока.

Согласно 2-му закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3-й закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света  (или максимальная длина волны λ0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если , то фотоэффект уже не происходит.

4) электроны вылетают с поверхности тела, если температура этого тела превышает некоторое значение

«Кра́сная» грани́ца фотоэффе́кта —минимальная частота  или максимальная длина волны  света, при которой ещё возможен внешний фотоэффект, то есть конечная кинетическая энергия фотоэлектронов меньше нуля. Частота  зависит только от работы выхода  электрона:

где  — работа выхода для конкретного фотокатодаh — постоянная Планка, а с — скорость светаРабота выхода  зависит от материалафотокатода и состояния его поверхности. Испускание фотоэлектронов начинается сразу же, как только на фотокатод падает свет с частотой  или сдлиной волны .

____________________________________________________________________

Теоретическое объяснение этих законов было дано в 1905 году Эйнштейном. Согласно ему, электромагнитное излучение представляет собой поток отдельных квантов (фотонов) с энергией hν каждый, где h — постоянная Планка. При фотоэффекте часть падающего электромагнитного излучения от поверхности металла отражается, а часть проникает внутрь поверхностного слоя металла и там поглощается. Поглотив фотон, электрон получает от него энергию и, совершая работу выхода φ, покидает металл:  где  — максимальная кинетическая энергия, которую имеет электрон при вылете из металла.

Обоснование — формула Эйнштейна для фотоэффекта. Энергия фотона должна превысить работу выхода электрона из тела.

 кинетическая энергия вылетающего при фотоэффекте электрона зависит от ЧАСТОТЫ излучения, причем эта зависимость — линейная (т. е. ее график — прямая).

Работа выхода обусловленна наличием свободных электроннов в металле и наличием эл. поля. Зависит от собственно свойств самого металла, его концентрации, температуры

 Эйнштейн показал, что закон излучения Планка для абсолютно чёрного тела может быть выведен исходя из следующих статистических полуклассических представлений:

Электроны в атомах находятся на дискретных энергетических уровнях;

При переходе электронов между этими уровнями, атомом поглощаются или излучаются фотоны. ____________________________________________________________________

Электро́нво́льт внесистемная единица энергии, используемая в атомной и ядерной физике, в физике элементарных частиц и в близких и родственных областях науки

Одним из экспериментов, подтверждающим квантование поглощения света, стал опыт Вальтера Боте, проведённый им в 1925 году. В этом опыте тонкая металлическая фольга облучалась рентгеновским излучением низкой интенсивности. При этом фольга сама становилась источником слабого вторичного излучения. Исходя из классических волновых представлений, это излучение должно распределяться в пространстве равномерно во всех направлениях. В этом случае два счётчика, находившиеся слева и справа от фольги, должны были фиксировать его одновременно. Однако результат опыта оказался прямо противоположным: излучение фиксировалось либо правым, либо левым счётчиком и никогда обоими одновременно. Следовательно, поглощение идёт отдельными квантами. Опыт, таким образом, подтвердил исходное положение фотонной теории излучения, и стал, тем самым, ещё одним экспериментальным доказательством квантовых свойств электромагнитного излучения солнечных электростанциях  солнечные батареи.

фотоэлемент это стеклянный баллон с 2 электр ад а ми. В центре баллона находится небольшое металлическое кольцо — анод фотоэлемента. Большая часть внутренней поверхности баллона покрыта тонким слоем светочувствительного металла цезия. Этот слой — катод фотоэлемента. Чтобы электроды фотоэлемента не окислялись, из баллона выкачан воздух, и он наполнен небольшим количеством химически инертного газа — гелия, повышающего также чувствительность фотоэлемента

____________________________________________________________________

боровская модель атома  что электроны в атоме могут двигаться только по определенным (стационарным) орбитам, находясь на которых они не излучают, а излучение или поглощение происходит только в момент перехода с одной орбиты на другую. Причем стационарными являются лишь те орбиты, при движении по которым момент количества движения электрона равен целому числу постоянных Планка[1].

____________________________________________________________________

Изолированные атомы в виде разряженного газа или паров металла испускают спектр состояший из отдельных спектральных линий в соответствии спектр называется линейчатым.

____________________________________________________________________

Сплошные спектры дают все вещества, находящиеся в твердом или жидком состоянии. Сплошной спектр содержит волны всех частот видимого света и поэтому выглядит как цветная полоса с плавным переходом от одного цвета к другому в таком порядке: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый («Каждый охотник желает знать, где сидит фазан»). Солнечный спектр или спектр дугового фонаря является сплошным.

____________________________________________________________________

Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном состоянии. Изолированные атомы всех веществ излучают свойственные только им наборы волн вполне определенных частот. Как у каждого человека свои личные отпечатки пальцев, так и у атома данного вещества свой, характерный только для него спектр. Линейчатые спектры излучения выглядят как цветные линии, разделенные промежутками. Природа линейчатых спектров объясняется тем, что у атомов конкретного вещества существуют только ему свойственные стационарные состояния со своей характерной энергией, а следовательно, и свой набор пар энергетических уровней, которые может менять атом, т. е. электрон в атоме может переходить только с одних определенных орбит на другие, вполне определенные орбиты для данного химического вещества.

____________________________________________________________________

Полосатые спектры создаются молекулами не связанными или слабо связанными друг с другом. Выглядят полосатые спектры подобно линейчатым, только вместо отдельных линий наблюдаются отдельные серии линий, воспринимаемые как отдельные полосы, разделенные темными промежутками.

Для описания длин волн λ четырёх видимых линий спектра водорода И. Бальмер предложил формулу

где n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å.

В настоящее время для серии Бальмера используют частный случай формулы Ридберга:

где λ — длина волны,

R ≈ 109737,3157 см−1 — постоянная Ридберга,

n — главное квантовое число исходного уровня — натуральное число, большее или равное 3.

Первые 4 линии серии находятся в видимом диапазоне, остальные — в ультрафиолетовом:

Обозначение

Hα

Hβ

Hγ

Hδ

Hε

Hζ

Hη

Граница серии

n

3

4

5

6

7

8

9

Длина волны, нм

656,3

486,1

434,1

410,2

397,0

388,9

383,5

364,6

Если считать массу ядра атома бесконечно большой по сравнению с массой электрона (то есть считать, что ядро неподвижно), то постоянная Ридберга для частоты в Гц будет определяться как

R = 109737,31568539 см−1

Се́рия Ба́льмера — спектральная серия, наблюдающаяся для атомов водорода[1].

Серия Лаймана — спектральная серия в спектре атома водорода Данная серия образуется при переходах электронов с возбуждённых энергетических уровней на первый в спектре излучения и с первого уровня на все остальные при поглощении.

 Серия пашена Данная серия образуется при переходах электронов с возбужденных энергетических уровней на третий в спектре излучения и с третьего уровня на все вышележащие уровни при поглощении

Моде́ль То́мсона (иногда называемая «пу́динговая модель а́тома») — модель атома, предложенная в 1904 году Джозефом Джоном Томсоном. После открытия им в 1897 году электрона, Томсон предположил, что отрицательно заряженные «корпускулы» (так Томсон называл электроны, хотя ещё в 1894 году Дж. Дж. Стоуни предложил называть «атомы электричества» электронами[1]) входят в состав атома и предложил модель атома, в котором в облаке положительного заряда, равного размеру атома, содержатся маленькие, отрицательно заряженные «корпускулы», суммарный электрический заряд которых равен заряду положительно заряженного облака, обеспечивая электронейтральность атомов. «Корпускулы» в этой модели распределены внутри положительно заряженного облака с одинаковой по объёму плотностью заряда, подобно изюминкам в тесте пудинга. Отсюда произошёл термин «пудинговая модель атома».

Модель атома Томсона 1904 года была опровергнута в эксперименте по рассеянию альфа-частиц на золотой фольге в 1909 году, который был проанализирован Эрнестом Резерфордом в 1911 году[3] [4], предположившим, что в атоме есть очень малое ядро, содержащее очень большой положительный заряд (в случае золота, достаточный, чтобы компенсировать заряд около 100 электронов), что привело к созданию планетарной модели атома Резерфорда. Хотя атомный номер золота равен 79,

планет арная атомная модель

____________________________________________________________________

Постулаты Бора

1. Атомная система может находиться только в особых стационарных квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия Еn . В стационарном состоянии атом не излучает.

2. При переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Ek в стационарное состояние с меньшей энергией En излучается квант энергии: 

3. К этим постулатам следует добавить правило квантования орбит: в стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите, должен иметь дискретные, квантованные значения момента импульса 

 где rn — радиус n-ой орбиты; vn—скорость электрона на этой орбите; me масса электрона, п—целое число — номер орбиты или главное квантовое число.

 Н. Бора определяет правила квантования стационарных орбит. Бор предположил, что момент импульса электрона, вращающегося на стационарной орбите в атоме водорода, может принимать только дискретные значения, кратные постоянной Планка. Для круговых орбит правило квантования Бора записывается в виде: 

где me – масса электрона, υ – его орбитальная скорость, rn – радиус n-ой стационарной орбиты. Целое число n называется квантовым числом.

Энергетические уровни атома водорода, включая подуровни тонкой структуры, записываются в виде

где

 — постоянная тонкой структуры,

— собственное значение оператора полного момента импульса.

Энергию  можно найти в простой модели Бора, с массой электрона  и зарядом электрона e:

 (в системе СИ),

где h — постоянная Планка,  электрическая постоянная. Величина E0 (энергия связи атома водорода в основном состоянии) равна 13,62323824 эВ = 2,182700518·10−18 Дж. Эти значения несколько отличаются от действительного значения E0, поскольку в расчёте не учтена конечная масса ядра и эффекты квантовой эле

____________________________________________________________________

Равноудалённость — означает «на равном расстоянии». Термин имеет два близких значения.

Равенство расстояний, от любой фиксированной точки данного множества до любого из двух или нескольких выбранных множеств. Например

Серединный перпендикуляр к отрезку есть геометрическое место точек, равноудалённых от концов отрезка.

Парабола есть геометрическое место точек, равноудалённых от точки (называемой фокусом) и прямой (называемой директрисой).

Биссектриса есть геометрическое место точек, равноудаленных от сторон угла.

Равенство расстояний, от любой точкой первого множества до другого множества. Например

Окружность есть геометрическое место точек, равноудалённых от данной точки, называемой центром окружности.

____________________________________________________________________

КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ заключается в том, что любые микрочастицы материи (фотоны, электроны, протоны, атомы и др.) обладают свойствами и частиц (корпускул), и волн

____________________________________________________________________

Соотношение гейзенберга Если имеется несколько (много) идентичных копий системы в данном состоянии, то измеренные значения координаты и импульса будут подчиняться определённому распределению вероятности — это фундаментальный постулат квантовой механики. Измеряя величину среднеквадратического отклонения  координаты и среднеквадратического отклонения  импульса, мы найдем что:

, где ħ — приведённая постоянная Планка.

Отметим, что это неравенство даёт несколько возможностей — состояние может быть таким, что  может быть измерен с высокой точностью, но тогда  будет известен только приблизительно, или наоборот  может быть определён точно, в то время как  — нет. Во всех же других состояниях и , и  могут быть измерены с «разумной» (но не произвольно высокой) точностью

Планк в 1900 г. высказал предположение (гипотезу) о том, что свет должен излучаться порциями (квантами). Энергии порции прямо пропорциональна частоте световой волны E=hn, где h — постоянная Планка, n — частота света.

Эйнштейн в 1905 г. выдвинул теорию, согласно которой свет не только излучается и поглощается, но и состоит из дискретных, далее неделимых порций, квантов света. Они представляют собой частицы, которые движутся в пустоте со скоростью 300 000 километров в секунду. Впоследствии (в двадцатые годы) эти частицы получили название фотонов.

Квант (от лат. quantum — «сколько» ) — неделимая порция какой-либо величины в физике.Квантованость значит это — разделенность объекта на элементарные состовляющии. Это значит, что данная величина может принимать только дискретный ряд значений. То есть не может иметь ЛЮБОЕ значение, даже из ограниченного интервала, а именно ДИСКРЕТНОЕ. Например, энергия электрона в атоме (в стационарном состоянии) не может быть произвольной — разрешены только строго определённые значения этой энергии. Это и есть то, что энергия квантована

Энергия фотона 

e=hv=,(1)где h=6.6*10-34 Дж*с — постоянная Планка, =h/2p=1.055*10-34 Дж*с также постоянная Планка, w=2pv — круговая частота.

Как следует из (1) энергия фотона увеличивается с ростом частоты (или с уменьшением длины волны) , и, например, фотон фиолетового света (l=0.38 мкм) имеет большую энергию, чем фотон красного света (l=0.77 мкм) .

____________________________________________________________________

2. Масса фотона определяется исходя из закона о взаимосвязи массы и энергии (Е=mc2)____________________________________________________________________3.Импульс фотона. Для любой релятивиской частицы энергия ее Поскольку у фотона m0=0, то импульс фотонат. е. длина волны обратно пропорциональна импульсу

____________________________________________________________________

. Луи де Бройль выдвинул гипотезу, что дуализм не является особенностью только оптических явлений, а имеет универсальный характер. Частицы вещества также обладают волновыми свойствами.

. Для частиц не очень высокой энергии, движущихся со скоростью  (скорости света), импульс равен  (где  — масса частицы), и . Следовательно, длина волны де Бройля тем меньше, чем больше масса частицы и её скорость.

Длина волны де Бройля для нерелятивистской частицы с массой , имеющей кинетическую энергию 

В частности, для электрона, ускоряющегося в электрическом поле с разностью потенциалов  вольт

нерелятивистской частицы Свободные частицы — термин, который используется в физике для обозначения частиц, которые не взаимодействуют с другими телами, и имеют только кинетическую энергию.

Совокупность свободных частиц образовывает идеальный газ.

 А волны де Бройля — это вообще не материальные образования. Для них в частности не действует запрет на сверхсветовые скорости. Это просто математика. во всех взаимодействиях частица проявляет себя именно как частица! » Это, вообще говоря, неверно. Иначе не было бы повода говорить о корпускулярно-волновом дуализме. Есть ряд физических явлений, в которых частица взаимодействует как волна (например, всем хорошо известная дифракция и интерференция одиночных электронов и др. частиц — частица взаимодействует с препятствием, которое огибает).

Проводилось исследование отражения электронов от монокристалла никеля. Установка включала в себя монокристалл никеля, сошлифованный под углом и установленный на держателе. На плоскость шлифа направлялся перпендикулярно пучок монохроматических электронов. Скорость электронов определялась напряжением  на электронной пушке:

Под углом  к падающему пучку электронов устанавливался цилиндр Фарадея, соединённый с чувствительным гальванометром. По показаниям гальванометра определялась интенсивность отражённого от кристалла электронного пучка. Вся установка находилась в вакууме.

В опытах измерялась интенсивность рассеянного кристаллом электронного пучка в зависимости от угла рассеяния  от азимутального угла , от скорости  электронов в пучке.

Таким образом наблюдалась дифракция электронов на кристаллической решётке монокристала. Опыт явился блестящим подтверждением существования у микрочастиц волновых свойств.

 На третьем рисунке приводены результаты мысленных экспериментов с электронами при наличии двух щелей. Фейнман считал, что используя отличие в прохождении пуль и волн можно определить какого рода объект проходил через эти две щели. В опытах с волновыми свойствами частиц картина распределений получается не такими идеальными, как показано на третьем рисунке, однако точно установлено, что распределение при двух щелях отличается от суммы распределений попадания частиц при наличии каждой из щелей по отдельности. Сравнивая с опытами для пуль и для волн Фейнман делает вывод о том, что электроны обладает такими же свойствами, что и волны. Для анализа прохождения электронов при наличии двух щелей использовалась модель движения электронов в кулоновском поле зарядов,

Де Бройль утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также и волновыми свойствами.

Согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связаны, с одной стороны, корпускулярные характеристики – энергия E и импульс p, а с другой стороны, волновые характеристики – частота ν и длина волны λ.

Корпускулярные и волновые характеристики микрообъектов связаны такими же количественными соотношениями, как и у фотона: 

Гипотеза де Бройля постулировала эти соотношения для всех микрочастиц, в том числе и для таких, которые обладают массой m. Любой частице, обладающей импульсом, сопоставлялся волновой процесс с длиной волны λ = h / p. Для частиц, имеющих массу, 



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | Вперед → | Последняя | Весь текст




lists lists