8-дәріс. Кванттық механиканың негізгі түсініктері
жүктеу/скачать 426.27 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Кванттық механиканың негізгі түсініктері. Фотоэффект. Комптон эффектісі
8-дәріс. Кванттық механиканың негізгі түсініктеріДәрістің мақсаты: заманауи физикадағы кванттық механиканың рөлін, оның негізгі принциптерін түсіну; қара дененің сәуле шығаруын, фотоэффект және Комптон эффектісін оқып үйрену. Кванттық механиканың негізгі түсініктері. Фотоэффект. Комптон эффектісіКванттық механика - атомдық деңгейдегі бөлшектердің қозғалысы мен әсерлесулерінің жалпы заңдылықтарын зерттейді және осы заңдылықтарға сүйене отырып атом ядросының, атомның, молекулалар мен қатты денелердің құрылысы теориялары мен қасиеттерін тағайындайды. Классикалық физиканың атомдардың қасиеттері мен құрылысын және олардың жарықпен әсерлесуін түсіндіре алмауына байланысты физиканың жаңа бөлігі – кванттық механика пайда болды. Кванттық механика қазіргі заманғы физиканың негізгі теориясының бірі. Кванттық механика - микробөлшектердің (элементар бөлшектердің, атомдардың, молекулалардың) қозғалыс заңдылықтарын зерттейтін теория. Фотоэффект дегеніміз – электромагниттік сәуле шығару әсерінен электрондардың заттан вакуумге ұшып шығу құбылысы (сыртқы фотоэффект) немесе заттың ішіндегі байланысқан күйдегі электрондардың еркін электрондарға айналу құбылысы (ішкі фотоэффект). Сыртқы фотоэффект қатты денелер мен сұйық заттарда (металл, жартылай өткізгіш, диэлектриктерде) бақыланады. Ал газдарда болатын фотоэффект құбылысы фотоионизация деп аталады, бұл газдың жекелеген молекулалары мен атомдарынан электрондардың ұшып шығу құбылысы. Сыртқы фотоэффектіні бірінші рет Г.Герц ашты. Бұл құбылысты А.Столетов 1888 – 1889 жылдар аралығында эксперимент жүзінде жан-жақты зерттеген. Фотоэффект заңдарын алғаш рет 1905 ж. А.Эйнштейн түсіндірді. Фотон металл бетіне түскенде өзінің барлық энергиясын электронға береді (яғни электрон фотонды резонанссыз жұтады). Егер бұл энергия үлкен болса, электрон металдың ішінде ұстап тұрған күшті жеңіп, металдан сыртқа ұшып шыға алады. Бұл процесте энергияның сақталу заңы орындалады: m 2 A m , (1.1) 2 мұндағы m жылдамдығы; – металл бетінен ұшып шыққан электронның максималды A – электронның металдан шығу жұмысы; m –электронның массасы. (1.1) өрнегі фотоэффект үшін Эйнштейн заңы деп аталады. Бұл формула фотоэффектінің барлық заңдылықтарын түсіндіреді: егер сәулелену интенсивтілігі өте жоғары болмаса, онда әрбір фотоэлектрон бір фотонның энергиясын қабылдайды. Бұл кезде электронның максималды жылдамдығы фотонның энергиясына ғана тәуелді; белгілі жиіліктегі сәулелену интенсивтілігі фотондардың ағыны тығыздығына ғана тәуелді. Фотондардың ағыны тығыздығы фотондардың электрондармен соқтығысу санына байланысты өзгереді. Сондықтан қанығу тогы сәулелену интенсивтілігіне тура пропорционал; A кезінде Эйнштейн теңдеуінің мағынасы жоқ, (электронның кинетикалық энергиясы теріс сан болуы мүмкін емес), бұл фотоэффектінің қызыл шекарасы бар екенін көрсетеді. Комптон эффекті. 1922 жылы А.Комптон эксперимент жүзінде рентген сәулелерін еркін электрондар арқылы шашыратқанда олардың жиіліктері екі бөлшектің (фотон мен электронның) серпімді соқтығысу заңына сәйкес өзгеретінін көрсетті. Комптон тәжірибе жасаған құрылғының схемасы 1.1-суретте көрсетілген. сурет Комптон эффектісінің негізгі ерекшелігі: толқын ұзындығы өзгерісі түскен сәуленің толқын ұзындығына да, шашырататын затқа да тәуелді емес, шашырау бұрышымен ғана анықталады. с 1 cos , (1.2) мұндағы c – тұрақты сан, электронның комптондық толқын ұзындығы деп аталады, c 2,43 10 м . 12 Комптон эффектісін түсіндіру үшін рентген фотоны мен тыныштықтағы еркін электронның серпімді соқтығысуын қарастырамыз. Атомдағы электронның байланыс энергиясы фотонның электронға беретін энергиясынан (әлдеқайда) біршама кіші. Комптон формуласы энергиямен импульстың сақталу заңдарынан алынады: 0 m c2 c , (1.3) p k → k , (1.4) мұндағы и – рентген фотонының соқтығысуға дейінгі және одан кейінгі энергиялары; 0 m c 2 – электронның соқтығысуға дейінгі энергиясы; c - электронның соқтығысудан кейінгі энергиясы; р – соқтығысудан кейінгі электрон импульсі; k и k - соқтығысудан кейінгі және одан кейінгі фотон импульсі. Комптон өрнегі тәжірибелер нәтижелерімен сәйкес келеді. Бұл электрмагниттік сәуле шығарудың корпускулалық қасиеті туралы түсініктің дұрыс екенін көрсетеді. жүктеу/скачать 426.27 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|