do fizyki atomowej i cząsteczkowej

Slides:



Advertisements
Podobne prezentacje
ROZWÓJ POGLĄDÓW NA BUDOWE
Advertisements

Podsumowanie modelu wektorowego:
PROSTE MODELE ATOMU WODORU (model Rutherforda, model Bohra)
Wstęp do fizyki kwantowej
FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Falowe własności materii
Dział II Fizyka atomowa.
atomowe i molekularne (cząsteczkowe)
Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja Odtwarzanie treści multimedialnych Andrzej Majkowski informatyka +
Podsumowanie W6ef. Zeemana ef. Paschena-Backa
Streszczenie W10: Metody doświadczalne fizyki atom./mol. - wielkie eksperymenty Dośw. Francka-Hertza – kwantyzacja energii wewnętrznej atomów dośw.
Budowa atomu.
ﴀ Wojciech Gawlik – Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05, Wykład 51 Podsumowanie W4 Oddziaływanie spin-orbita  – pochodzi od magnet. mom. dipolowego,
Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09, Wykład 11/22 Wstęp do fizyki atomowej i cząsteczkowej Przedmiot badań: atom, cząsteczka (pojedynczy.
ﴀ Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05, Wykład 21/19 Podsumowanie W1: model Bohra – zalety i wady  mech. kwant. stanów jednoelektronowych.
Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2010/11, Wykład 21/19 Podsumowanie W1: model Bohra – zalety i wady naiwne podej ś cie vs. QM (relacja nieokre.
EFEKT FOTOELEKTRYCZNY ZEWNĘTRZNY I WEWNĘTRZNY KRZYSZTOF DŁUGOSZ KRAKÓW,
Teoria Bohra Paula Augustyn ZiIP Gr. I. Niels Henrik David Bohr Ur. 7 października 1885 w Kopenhadze Zm. 18 listopada 1962 r. Kopenhadze. 1912r. Doktor.
Spektroskopia Ramana dr Monika Kalinowska. Sir Chandrasekhara Venkata Raman ( ), profesor Uniwersytetu w Kalkucie, uzyskał nagrodę Nobla w 1930.
Przemiany energii w ruchu harmonicznym. Rezonans mechaniczny Wyk. Agata Niezgoda Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego.
Dlaczego boimy się promieniotwórczości?
Dyfrakcja elektronów Agnieszka Wcisło Gr. III Kierunek Zarządzanie i Inżynieria Produkcji Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Katedra Ekonomiki i Zarządzania.
Kwantowy opis atomu wodoru Łukasz Palej Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Kierunek Górnictwo i Geologia Kraków, r
Kwantowy opis atomu wodoru Anna Hodurek Gr. 1 ZiIP.
ENERGIA to podstawowa wielkość fizyczna, opisująca zdolność danego ciała do wykonania jakiejś pracy, ruchu.fizyczna Energię w równaniach fizycznych zapisuje.
Przygotowały: Laura Andrzejczak oraz Marta Petelenz- Łukasiewicz z klasy 2”D”
Radosław Stefańczyk 3 FA. Fotony mogą oddziaływać z atomami na drodze czterech różnych procesów. Są to: zjawisko fotoelektryczne, efekt tworzenie par,
Fizyka doświadczalna - elektromagnetyzm. Program wykładu: 1.Ładunek elektryczny ■ Ziarnista struktura ładunków ■ Prawo zachowania ładunku ■ Niezmienność.
Teoria Bohra atomu wodoru Agnieszka Matuszewska ZiIP, Grupa 2 Nr indeksu
Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu
Analiza spektralna. Laser i jego zastosowanie.
Pole magnetyczne Magnes trwały – ma dwa bieguny - biegun północny N i biegun południowy S.                                                                                                                                                                     
Budowa atomu Poglądy na budowę atomu. Model Bohra. Postulaty Bohra
Własności elektryczne materii
Cząstki elementarne. Model standardowy Martyna Bienia r.
Izolatory i metale – teoria pasmowa ciał stałych
 Austriacki fizyk teoretyk,  jeden z twórców mechaniki kwantowej,  laureat nagrody Nobla ("odkrycie nowych, płodnych aspektów teorii atomów i ich zastosowanie"),
Elementy fizyki kwantowej i budowy materii
Binarny sumator. Binarny sumator Konieczność zmniejszania wymiarów Dominacja efektów kwantowych.
 W’k  0 dla stanów z określoną parzystością !
SPEKTROSKOPIA MAGNETYCZNEGO REZONANSU JĄDROWEGO (NMR)
Elektryczność i Magnetyzm
15. Fale materii, atomy Fale i cząstki
Największe i najmniejsze (cz. I)
Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery
Optyczne metody badań materiałów
Optyczne metody badań materiałów
Materiały magnetooptyczne c.d.
do fizyki atomowej i cząsteczkowej
Podsumowanie W1: model Bohra – zalety i wady
Optyczne metody badań materiałów – w.2
Podsumowanie W11 Obserw. przejść wymusz. przez pole EM tylko, gdy  różnica populacji. Tymczasem w zakresie fal radiowych poziomy są ~ jednakowo obsadzone.
Zajęcia przygotowujące do matury rozszerzonej z matematyki
Podsumowanie W6: atom w polu magnetycznym – dodatk. człon:
Podsumowanie W5: Magnetyzm atomowy: efekt Zeemana
Streszczenie W9: stany niestacjonarne
 Podsumowanie W12 Lasery w spektroskopii atomowej/molekularnej
 Podsumowanie W12 Lasery w spektroskopii atomowej/molekularnej
Tensor naprężeń Cauchyego
Streszczenie W7: wpływ jądra na widma atomowe:
Streszczenie W9: stany niestacjonarne
Streszczenie W8: Widma molekularne: Oddziaływanie atomów z polami EM:
do fizyki atomowej i cząsteczkowej
Podsumowanie W3  E x (gdy  > 0, lub n+i, gdy  <0 )
Podsumowanie W1: model Bohra – zalety i wady
Streszczenie W7: wpływ jądra na widma atomowe:
Podsumowanie W3  E x klasyczny model oddz. atomu z polem E
Wstęp do reakcji jądrowych
atomowe i molekularne (cząsteczkowe)
 Podsumowanie W3: US J 1s,nl Hel (bez spinu): H0 = H1+H2 H’
Zapis prezentacji:

do fizyki atomowej i cząsteczkowej Wstęp do fizyki atomowej i cząsteczkowej Przedmiot badań: atom, cząsteczka (pojedynczy - nie kryształ ani ciecz) - struktura poziomów energ. - stany stacjonarne - przejścia między poziomami – stany niestacjonarne - oddziaływania z zewn. czynnikami (polami i cząstkami) Główne kierunki rozwoju: spektroskopia a) atomowa b) molekularna nowe dyscypliny - optyka nieliniowa - optyka kwantowa - fizyka ultrazimnej materii - informatyka kwantowa zastosowania Plan wykładu: Struktura atomowa Oddziaływanie atomów z promieniowaniem EM Metody doświadczalne – wielkie eksperymenty fizyki atomowej Materiały do wykładu (prezentacje + zadania) w internecie: http://www.if.uj.edu.pl/pl/ZF/wykladyWG/fizatom_wyk.htm IF UJ www.if.uj.edu.pl  Zakład Fotoniki Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

Polecane podręczniki: H. Haken, H. Ch. Wolf „Atomy i kwanty”, PWN, 2002 (2 wyd.) H. Haken, H. Ch. Wolf „Fizyka molekularna z elementami chemii kwantowej”, PWN, 1998. Paweł Kowalczyk „Fizyka cząsteczek. Energie i widma”, PWN,2000. B. Cagnac, J. Pebay-Peyroula, „Modern Atomic Physics” vol. 1 „Fundamental Principles”, vol. 2 „Quantum Theory and its Application”, Macmillian Press Ltd, London, 1975. G. K. Woodgate „Struktura atomu”, PWN, 1974. W.Demtröder „Spektroskopia laserowa”, PWN, Warszawa 1993. C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Laloë „Quantum Mechanics” vol. 1+2, Wiley (N. York, 1977). R. Eisberg, R. Resnick „Fizyka kwantowa”, PWN, 1983. + wybrane artykuły w „Postępach Fizyki”, „Świecie nauki”, strony internetowe, itp... Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

1 - rozwój techniki pomiarowej (nowe obserwacje): Geneza rozwoju f. atomowej 1 - rozwój techniki pomiarowej (nowe obserwacje): 1665 Isaac Newton (rozszczepienie światła na składowe) 1814 Joseph von Fraunhoffer (linie absorpcyjne w widmie słonecznym) 1860 Robert Bunsen & Gustav Kirchhoff (spektroskop pryzmatyczny) Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

2 - poszukiwanie obserwacji wytłumaczenia 1884 Johan Jakob Balmer (widmo wodoru)  4 linie z widma Fraunhoffera;  = (9/5)h, (4/3)h, (25/21)h, (9/8)h, gdzie h=364,56 nm  serie widmowe 1/ = (1/4 – 1/n2) 1889 Johannes R. Rydberg Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

1. Dośw. Ernsta Rutherforda (~1910)  Początek „nowożytnej” f. atomowej 1871-1937 Nobel 1908 (Chemia) 1. Dośw. Ernsta Rutherforda (~1910) źródło cząstek  (jądra He)  detektor cząstek  Folia metal. rozproszenie: cząstka naładowana  odpychające oddziaływanie kulombowskie silne wsteczne rozprosz.  silne oddz. silne pola ładunek ~ punktowy brak odrzutu atomów folii  ładunki rozpraszające w ciężkich „obiektach”  ~ cała materia folii skupiona w ciężkim jądrze atomy = ciężkie jądra naładowane dodatnio o b. małych rozmiarach (~ 10-14 m << rozmiar atomu ~ 10-10 m ) + lekkie elektrony Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

2. Model Bohra (1913):  stacjonarne stany elektronu w atomie, w których elektron nie promieniuje; mr=nħ (ħ=h/2) zmiana stanu zachodzi skokowo przez absorpcję (emisję) promieniowania o częstości =(E1-E2)/h konsekwencje: K  1/(40)   En = - (Z2/n2 K2)EI EI = Kme4/2ħ2 = en. jonizacji = 13,6 eV stała Rydberga: R = K2 me4/2ħ2 rn = n2 a0/Z a0 = ħ2/me2 = 0,052 nm (0,52 Å)   n = Z0/n 0 = e2/ħ Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

 postulat Bohra nie tłumaczy stabilności atomów sens poziomów Bohra jako stanów stacjonarnych (odpowiadających minimum energii) klasycznie całk. energia E = Tklas + Vklas Vklas = - e2/r0 Tklas = ½ m2 = |równowaga sił: m2/r0 = e2/r0| = ½ e2/r0 E = - ½ e2/r0 E(r0) 0.  głęboki dół potencjał – el. spada na jądro!  postulat Bohra nie tłumaczy stabilności atomów Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

postulaty Bohra sprzeczne z dotychczasową fizyką  elektron krążący emituje (przyspieszane ładunki promieniują ) i powinien spaść na jądro z mech. kwant. r p  ħ aby klasyczne orbity i kręt miały sens trzeba p << p, r << r, czyli (r/r)(p/p) << 1 ale r p  ħ  (r p)/rp  ħ/rp mvr = pr = nħ , czyli (r p)/rp  1/n sprzeczność  (chyba że n>>1 – stany rydbergowskie)  nie można mówić o zlokalizowanych orbitach (w sensie klas.) Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

Wg. mechaniki kwantowej: V= -e2/r najkorzystniej gdy r  0 , ale relacja nieokreśl. wymaga, że gdy elektron zlokalizowany w obszarze o promieniu r0, r  r0, p  ħ/r0 (niezerowy pęd) gdy pęd niezerowy, niezerowa en. kin. T  Tmin = (p)2/2m = ħ2/2mr02 Tmin V r a0 E = T + V minimum Emin = Tmin + V występuje dla r0 = ħ2/me2 = a0  stabilny atom  Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

Mechanika kwantowa o poziomach energet. atomu elektron w polu kulombowskim od Z protonów wg. mech. kwant. HCM=p2/2 - K Ze2/r   meM/(me+M), K  1/(40) C/r C/r potencjał kulombowski i centralny równ. Schrödingera:  + 2/ħ(E-C/r)  = 0 z założenia centralności  możl. faktoryzacji na cz. radialną i kątową (r,,) = R(r)Y(,) warunki rozwiązalności  3 liczby kwantowe: n = 1, 2, ... Rnl (r) l = 0, 1, 2, ..., n-1 Yl, m (,) -l  m  l Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

Interpretacja fiz. liczb kwant. 14 eV 10 5 121,5 102,6 973 950 938 656,3 486 434 410 397 389 383,5 380 1875 1282 1094 1005 954,6 4050 2630 7400 seria Balmera seria Lymana s. Paschena Bracketta Pfunda n=2 n=1 n=3 n=4 n=5 n= n rozwiązanie cz. radialnej: - stała Rydberga (najdokładniej wyznaczona stała fundamentalna) K2 Rhc = 13,6 eV - en. jonizacji at. wodoru w stanie podst. Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

l, m rozwiązanie cz. kątowej: Yl, m (,  )  eim ciągłość f. falowej wymaga, by całkowita wielokrotność  zmieściła się na obwodzie orbity (prom. D)  kwantyzacja: 2D=m dł. fal materii (de Broglie) =h/pt (pt - skł. styczna p) ptD = Lz = mħ skład. krętu może mieć tylko wartości skwant.: Lz=0, ħ, 2ħ, 3ħ, ... skwantowana też długość L (wartość L2): l(l +1) ħ2 Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

prawdopodobieństwo radialne P(r)dr=|R|2 r2 dr Funkcje falowe a) radialne liczba przejść Rnl przez zero = n-l-1 Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

degeneracja przypadkowa -13,6 -3,4 -1,51 -0,85 E [eV] 1 2 3 4 l = f. radialne Rnl (r)  n= n=4 dla potencjału kulombowskiego Rnl (r) zależą od n i l, ale En wyłącznie od n n=3 n=2 V(r) nie zależy od l degeneracja: n, l=0,1, ..n-1. Stany ml też zdegener.  stopień deg. g = l (2l+1) = n2 degeneracja przypadkowa (tylko pot. kulomb. – tylko wodór !) n=1 Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

Funkcje falowe b) kątowe P()=|Y()| ważne dla zachowania się atomów w zewnętrznych polach i dla zrozumienia symetrii cząsteczek Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

Wiązania chemiczne a) kowalencyjne (np. H2+, H2) b) jonowe przykład: H2O Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

symetria sfer.  współrz. sfer.  r. Schr. (część radialna) Veff l = 2 l = 0 l = 1 bariera odśrodkowa Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

Funkcje falowe – c.d. Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

Poziomy energ. atomów „jednoelektronowych” Izotopy wodoru H D   meM/(me+M) efekt izotopowy (masowy) Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

Atomy „egzotyczne” e+ pozytonium (pozytronium) = (e+ e–) e– + e– mionium (muonium) (+ e–) ten sam pot. oddz.  ten sam ukł. poz., inne   inne wart. en. atomy mezonowe: Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1

atom mionowy (p –): p promień orbity < Rjądra –  mion penetruje (sonduje) jądro Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05 , Wykład 1