FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Falowe własności materii

Mikroświat

Fale materii Rok 1924 - francuski fizyk Louis de Broglie Potwierdzenie eksperymentalne w 1927 roku - Davisson i Germer

Dyfrakcja elektronów na krysztale Pomiar z wiązką o bardzo małym natężeniu Interferencja fal jednego elektronu, uginających się na różnych płaszczyznach kryształu

Zasada nieoznaczoności Pomiar położenia poruszającej się cząstki Z 1 minimum dyfrakcyjnego: Warunek na minimum:

Zasada nieoznaczoności Werner Heisenberg w 1927 roku Wielkości kanonicznie sprzężone.

Równanie Schrödingera Poruszająca się cząstka  paczka falowa Równanie Schrödingera przypisuje poruszającej się swobodnie cząstce falę o określonej częstotliwości i długości  Rozwiązaniem jest funkcja opisująca przemieszczanie się fali – funkcja falowa W mechanice kwantowej  nie określamy położenia cząstki, a określamy prawdopodobieństwo tego położenia. Zasada nieoznaczoności Paczka falowa - suma fal harmonicznych różniących się częstotliwościami, a więc i długościami fal.

Funkcja falowa Funkcja falowa jest często funkcją zespoloną. Sens fizyczny ma kwadrat funkcji odpowiadający prawdopodobieństwu tego,że cząstka znajduje się w określonym punkcie w przestrzeni i czasie. Wielokrotne pomiary położenia w tych samych warunkach - różne wyniki mające pewien rozkład statystyczny charakteryzujący "rozmycie" położenia w przestrzeni.

Struktura atomu Model Thompsona: Eksperyment Rutherforda (1911): Masa skupiona w jądrze o rozmiarach ~ 10-14 m 10-10 m

Struktura atomu Wynik oczekiwany dla modelu Thompsona: Wynik eksperymentu Rutherforda:

Struktura atomu Trudności modelu Rutherforda: Elektrony nie mogą być w spoczynku, bo siły elektrostatyczne przyciągnęłyby je do dodatniego jądra. Jeśli elektrony krążą wokół jądra, to zgodnie z teorią Maxwella muszą emitować promieniowanie o widmie ciągłym – obserwujemy widmo liniowe! Wskutek emisji promieniowania elektrony tracą energię i w końcu spadną na jądro.

Widmo wodoru Widmo światła białego Widmo wodoru Seria Balmera: Liczba falowa: Stała Rydberga:

Widmo wodoru Wzór dla wszystkich serii: m identyfikuje nazwę serii: Lymana (m=1), Balmera (m=2), Paschena (m=3), Bracketta (m=4), Pfunda (m=5).

Model atomu Bohra Niels Bohr (1913) Elektron w atomie może poruszać się tylko po takich orbitach, dla  których orbitalny moment pędu równy jest całkowitej wielokrotności stałej Plancka           . W takim stanie ruchu elektron nie emituje promieniowania elektromagnetycznego. Emisja promieniowania następuje w sposób nieciągły gdy elektron zmienia swe położenie przeskakując na inna orbitę. Częstotliwość   wyemitowanego wówczas promieniowania określona jest przez  różnicę energii elektronu na obu orbitach:                        gdzie E1 i E2 oznaczają odpowiednio energie elektronu na orbitach przed i po emisji.

Model atomu Bohra I postulat Bohra

Model atomu Bohra Atom wodoropodobny Równowaga sił: I postulat Bohra:

Model atomu Bohra Energia elektronu:

Model atomu Bohra Energia elektronu na n-tej orbicie

Model atomu Bohra Energia elektronu na n-tej orbicie

Model atomu Bohra Energia fotonu wypromieniowana przy przeskoku z orbity n na orbitę m

Model atomu Bohra Stała Rydberga

Emisja promieniowania rentgenowskiego Promieniowanie ciągłe (hamowania) Promieniowanie liniowe