Вопросы по физике

Виды электромагнитных излучений. Спектры излучений и их характеристики.

Инфракрасные лучи тАУ это электромагнитные волны, которые испускает любое нагретое тело даже в том случае, когда оно нее светится. Источниками инфракрасных (тепловых) волн являются протопленная печь или батареи центрального отопления- нагретые тела. Разработаны приборы, преобразующие инфракрасное излучение в видимое (свет).

Ультрафиолетовые лучи тАУ это электромагнитные волны с длиной меньше, чем у фиолетового света. Они невидимы. В малых дозах оказывают целебное действие, используются в медицине (убивают бактерии).

Ренгеновские лучи тАУ это невидимые глазом электромагнитные волны, чьи длины лежат в диапазоне от ~5*10^-8 до ~5*10^-12. Они используются в медицине, физике, химии, биологии, технике.

Обычно под спектром понимают цветные полосы, получающиеся в результате разложения света призмой по длинам волн.

Непрерывные спектры тАУ это такие спектры, в которых представлены все длины волн. В спектре нет разрывов, можно видеть сплошную разноцветную полоску. Непрерывные спектры дают только тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии.

Линейчатый спектр тАУ в излучении представлены только отдельные частоты. Здесь вещество испускает свет только в определенных очень узких спектральных интервалах. Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном состоянии. Свет излучают атомы, которые практически не взаимодействуют друг с другом.

Полосатый спектр тАУ спектр, состоящий из отдельных полос, разделенных темными промежутками. Каждая полоса тАУ это совокупность большого числа очень тесно расположенных линий. Для веществ в газообразном состоянии, но газы должны состоять из молекул.

Спектр поглощения. Вещество просвечивается излучением с непрерывным спектром и с помощью спектра устанавливается, какие частоты исчезли в спектре после поглощения. Совокупность недостающих частот образует спектр поглощения.

Тепловое (равновесное) излучение электромагнитных волн. Гипотеза Планка. Двойственная природа света и ее проявления.

В 1887 году Герц при освещении цинковой пластины, соединенной со стержнем электрометра, обнаружил явление фотоэлектрического эффекта. С поверхности металлической пластины под действием света вырываются отрицательные электрические заряды. Измерение заряды и массы частиц, вырываемых светом, показало, что эти частицы тАУ электроны. Явление испускания электронов веществом под действием электромагнитного излучения называется фотоэффектом. Количественные закономерности фотоэффекта были установлены в 1888-1889 Столетовым : 1)сила тока насыщения прямо пропорциональна интенсивности светового излучения, падающего на поверхность тела; 2)максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и нее зависит от интенсивности светового излучения; 3)если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты, то фотоэффект не наблюдается (красная граница фотоэффекта). Объяснения основных законов фотоэффекта были даны в 1905 Эйнштейном на основании квантовых представлений. Электромагнитная теория Максвелла не смогла объяснить процессы испускания и поглощения света, фотоэлектрического эффекта. Теория Лоренца в свою очередь не смогла объяснить многие явления, связанные с взаимодействием света с веществом, в частности вопрос о распределении энергии по длинам волн при тепловом излучении абсолютно черного тела.

Перечисленные затруднения и противоречия были преодолены благодаря смелой гипотезы, высказанной в 1900 немецким физиком Планком, согласно которой излучение света происходит не непрерывно, а дискретно, то есть определенными порциями (квантами), энергия которых определяется частотой : E=hv, где h - постоянная Планка. Теория Планка не нуждается в понятии об эфире, она объясняет тепловое излучение абсолютно черного тела.

Эйнштейн в 1905 создал квантовую теорию света: не только излучение света, но и его распространение происходят в виде потока световых квантов-фотонов.

Все многообразие изученных свойств и законов распространения света, его взаимодействия с веществом показывает, что свет имеет сложную природу : он представляет собой единство противоположных свойств -тАУкорпускулярного (квантового) и волнового(электромагнитного). Длительный путь развития привел к современным представлениям о двойственной корпускулярно тАУ волновой природе света. Свет представляет собой единство дискретности и непрерывности, что находится в полном соответствии с выводами материалистической диалектики.

Корпускулярно-волновой дуализм микрообъектов. Квантово-механическое описание процессов в микромире. Волны де Бройля и волновая функция.

Французский ученый Луи де Бройль (1892-1987), осознавая существующую в природе симметрию и развивая представления о двойственной корпускулярно-волновой природе света, выдвинул в 1923 гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Он утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают волновыми свойствами. Согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики тАУ энергия и импульс, а с другой тАУ волновые характеристики тАУ частота и длина волны.

Эта формула справедлива для любой частицы с импульсом р.

Впоследствии дифракционные явления были обнаружены для нейтронов, атомных и молекулярных пучков Это окончательно послужило доказательством наличия волновых свойств микрочастиц и позволило описывать их движение в виде волнового процесса, характеризующегося определенной длиной волны, рассчитываемой формуле де Бройля.

Наличие волновых свойств микрочастиц тАУ универсальное явление, общее свойство материи. Но волновые свойства макроскопических тел не обнаружены экспериментально, поэтому макроскопические тела проявляют только одну сторону своих свойств тАУ корпускулярную.

Подтвержденная экспериментально гипотеза де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме свойств вещества коренным образом изменила представления о свойствах микрообъектов. Всем микрообъектам присущи и корпускулярные, и волновые свойства : для них существуют потенциальные возможности проявить себя в зависимости от внешних условий либо в виде волны, либо в виде частицы.

После создания квантовой механики возникли новые проблемы, в частности проблема, связанная с пониманием физической природы волн де Бройля. Дифракционная картина для микрочастиц тАУ это проявление статистической (вероятностной) закономерности, согласно которой частицы попадают в те места, где интенсивность волн де Бройля наибольшая. Необходимость вероятностного подхода к описании микрочастиц тАУ важная отличительная особенность квантовой теории. Борн в 1926 предположил, что по волновому закону меняется не сама вероятность, а амплитуда вероятности, названная волновой функцией. Описание состояния микрообъекта с помощью волновой ф-ции имеет статистический, вероятностный характер: квадрат модуля волновой ф-ции (квадрат модуля амплитуды волн де Бройля) определяет вероятность нахождения частицы в данный момент времени в определенном ограниченно объеме. В квантовой механике состояния микрочастиц описывается с помощью волновой ф-ции, которая является основным носителем информации об их корпускулярных и волновых свойствах.

Соотношение неопределенностей в квантовой теории. Постоянная Планка. Вероятностный характер микропроцессов.

Согласно двойственный корпускулярно-волновой природе частиц вещества, для описания свойств микрочастиц используются либо волновые, либо корпускулярные представления. Приписать им все свойства частиц и все свойства волн нельзя. Возникает необходимость введения некоторых ограничений в применении к объектам микромира понятий классической механики.

В классической механики всякая частица движется по определенной траектории, так что в любой момент времени точно фиксированы ее координата и импульс. Но микрочастицы отличаются от классических, нельзя говорить о движении микрочастицы по определенной траектории и об одновременных точных значениях ее координаты и импульса. Гейзенберг, учитывая волновые свойства микрочастиц и связанные с волновыми свойствами ограничения в их поведении, пришел в 1927 к выводу: объект микромира невозможно одновременно с любой наперед заданной точностью характеризовать и координатой, и импульсом. Согласно соотношению неопределенностей Гейзенберга, микрочастица(микрообъект) НЕ МОЖЕТ ИМЕТЬ ОДНОВРЕМЕННО КООРДИНАТУ X И ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ИМПУЛЬС р, причем неопределенности этих величин удовлетворяют условию:

То есть произведение неопределенностей координаты и импульса не может быть меньше постоянной Планка. Соотношение неопределенностей получено при одновременном использовании классических характеристик движения частицы (координаты, импульса) и наличия у нее волновых свойств. Так как в классической механике принимается, что измерение координаты и импульса может быть произведено с любой точностью, то соотношение неопределенностей является квантовым ограничением применимости классической механики к микрообъектам. Соотношение неопределенностей позволяет оценить, в какой мере можно применять понятия классической механики к микрочастицам. Соотношение неопределенностей, не давая возможности точно определить координаты и импульсы (скорости) частиц, устанавливает границу познаваемости мира и существования микрообъектов вне пространства и времени.

После создания квантовой механики возникли новые проблемы, в частности проблема, связанная с пониманием физической природы волн де Бройля. Дифракционная картина для микрочастиц тАУ это проявление статистической (вероятностной) закономерности, согласно которой частицы попадают в те места, где интенсивность волн де Бройля наибольшая. Необходимость вероятностного подхода к описании микрочастиц тАУ важная отличительная особенность квантовой теории. Борн в 1926 предположил, что по волновому закону меняется не сама вероятность, а амплитуда вероятности, названная волновой функцией. Описание состояния микрообъекта с помощью волновой ф-ции имеет статистический, вероятностный характер: квадрат модуля волновой ф-ции (квадрат модуля амплитуды волн де Бройля) определяет вероятность нахождения частицы в данный момент времени в определенном ограниченно объеме. В квантовой механике состояния микрочастиц описывается с помощью волновой ф-ции, которая является основным носителем информации об их корпускулярных и волновых свойствах.

Неразличимость микрочастиц. Спин. Принцип Паули. Фермионы и бозоны.

Существует принцип тождественности микрообъектов. Все макросистемы индивидуальны, в то время как микрообъекты одинаковы. Признак симметрии волновой ф-ции: (ничего не изменилось). Волновая ф-ция обладает симметрией относительно перестановки микрообъектов. Отсюда волновая ф-ция бывает 2 типов (+-1): симметричные частицы тАУ бозоны(фотоны, гравитоны), антисимметричные тАУ фермионы(нейтрон, электрон, кварки, античастицы). Элементарные частицы тАУ это маленькие вращающиеся волчки. Они характеризуются моментом импульса. Спин тАУ собственный вращательный момент объектов. Спин бозонов принимает целочисленные значения : 0,1,2тАж.*h. Спин фермионов тАУ полуцелый: +-1/2,+-3/2тАж*h. Поведение фермионов и бозонов отличается. Для фермионов действует принцип Паули : в одном квантовом состоянии может находиться только один фермион. Для бозонов характерно такое поведение: в одном квантовом состоянии может находиться сколь угодно бозонов; чем больше бозонов, тем сильнее они ВлзаманиваютВ» других.

Следствия принципа Паули: 1) богатство химических элементов; 2)для каждого типа атома (H, He) электронная конфигурация совершенно разная. У разных химических элементов разные оболочки. Квантовая механика (Шредингер) объяснила разнообразие химических элементов и периодическую систему Менделеева, она очень многое объяснила из химии.

При подготовке этой работы были использованы материалы с сайта http://" onclick="return false">

Вместе с этим смотрят:

"Инкарнация" кватернионов

* Алгебры и их применение

*-Алгебры и их применение

10 способов решения квадратных уравнений

Bilet