Квантовая и ядерная физика
Квантовая физика
Ядерная физика
Ещё в разработке
Частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств
Раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения
Е=hν
Собственные значения энергии квантовых систем
Явление взаимодействия света или любого другого электромагнитного излучения с веществом, при котором энергия фотонов передаётся электронам вещества
Раздел физики, изучающий структуру и свойства атомных ядер, а также их столкновения
Спонтанное изменение состава или внутреннего строения нестабильных атомных ядер путём испускания элементарных частиц, гамма-квантов и/или ядерных фрагментов
Процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, который может сопровождаться изменением состава и строения ядра
Физический закон, описывающий зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и от количества радиоактивных атомов в образце
e
Наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
Атом состоит из ядра, в которое входят нуклоны, а именно протоны:
p
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 0 Кл
q = 0 Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 0 Кл
q = 0 Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
He
4
2
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 0 Кл
q = 0 Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 0 Кл
q = 0 Кл
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 0 Кл
q = 0 Кл
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 0 Кл
q = 0 Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
Li
7
3
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
H
1
1
Структура некоторых атомов:
1
1
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
И нейтроны:
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 0 Кл
q = 0 Кл
n
0
1
А также вращающиеся по своим орбитам электроны:
m = 0 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
-1
0
*Такая модель атомов была открыта Эрнестом Резерфордом в 1911 году и названа «планетарной», так как напоминает вращение планет по орбитам вокруг звезды
λ
hc
Энергия электромагнитной волны:
Энергия любой электромагнитной волны определяется волновыми характеристиками: частотой или длиной волны
Е=hν
=
Е
h — постоянная Планка
h = 6,6⋅10⁻³⁴ [Дж·с]
h = 6,6⋅10⁻³⁴ [Дж·с]
Примером электромагнитной волны является далеко не только свет: радио, сотовая связь, wi-fi, микроволновое излучение, ультрафиолет, ренген, и ядерное γ-излучение также электромагнитные волны
Отличаются они частотой и, как следствие, длинной волны и энергией:
Радио
ИК
УФ
Видимый свет
Рентген
γ-излучение
ν
Е
λ
λ — длина волны [м] — расстояние, которое проходит волна за один период
Электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.
B
Е
с
x
y
z, м
λ
Распространяясь со скоростью с, волна за время T проходит расстояние λ:
T
t, с
T — период [с] — время, в течение которого волна совершает одно колебание
ν — частота [Гц], [1/c] — количество колебаний, совершаемое волной за 1 секунду
=
T
ν
1
=
T
с
λ
=
λ
ν
с
с — скорость распространения электромагнитной волны в вакууме
с = 300 000 000 м/с
с = 300 000 000 м/с
Тогда частота:
13,8 еВ
Каждый электрон в атоме движется по своей орбитали, обладающей некоторой энергией.
При переходе с внешнего уровня на внутренний, электрон излучает энергию в виде электромагнитной волны (Е=hν).
При поглощении электромагнитной волны (Е=hν), электрон переходит с внутреннего уровня на внешний
При переходе с внешнего уровня на внутренний, электрон излучает энергию в виде электромагнитной волны (Е=hν).
При поглощении электромагнитной волны (Е=hν), электрон переходит с внутреннего уровня на внешний
В атоме водорода энергия каждого уровня n определяется следующей формулой:
n
=
Е
n — номер уровня
H
1
1
-13,6 еВ
-3,40 еВ
-1,51 еВ
-0,85 еВ
E
1
E
2
E
3
E
4
E
∞
=0еВ
E3-E1
0-E1
Серия Лаймана
Серия Пашена
Серия Бальмера
0-E2
E3-E2
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
H
1
1
-13,6 еВ
-3,40 еВ
-1,51 еВ
-0,85 еВ
E
1
E
2
E
3
E
4
E
∞
=0еВ
E4-E1
E2-E1
E4-E3
E4-E1
0-E3
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
E4-E2
m = 1 а.е.м = 1,67⋅10⁻²⁷ кг
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = 1 е = 1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
Излучение атома водорода
n
2
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
E3-E1
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
Энергия излученной или поглощённой волны равна разнице энергий энергетических уровней
mƲ
*Работа выхода — энергия, которую необходимо затратить для вырывания электрона из металла
Вырывание электромагнитной волной электронов из металлической пластины
E=hν=
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
Е = hν = A
E — энергия электромагнитной волны
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
+E
вых
к
E =
к
2
2
A
— работа выхода
вых
E
— кинетическая энергия электронов
к
λ
hc
Таким образом, для фотоэффекта необходимо, чтобы энергия света была не меньше работы выхода:
Е = hν =
вых
λ
hc
≥ A
Отсюда выходит:
вых
λ
hc
≤
A
≥
вых
h
A
ν
Тогда минимальная для фотоэффекта частота:
=
вых
h
A
ν
кр
вых
λ
hc
≤
A
А максимальная для фотоэффекта длина волны:
кр
Минимальная частота или максимальная длина волны, ниже или выше которых фотоэффеки невозможен, называются красной границей фотоэффекта
ν
кр
λ
кр
(
)
,
E=hν=
λ
hc
К
А
K — катод
А — анод
А — анод
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
+
–
ξ
Если поместить металлическую пластину (катод) в вакуумную колбу (чтобы воздух не мешал) и добавить ещё одну (анод), которую будут бомбардировать электроны, создавая на аноде отрицательный заряд, на катоде недостаток электронов даст положительных заряд.
Если при этом замкнуть контакты проводником, от катода к аноду пойдёт ток (ток течёт от плюса к минусу). Таким образом получится фотоэлемент, прибор, генерирующий электроэнергию, используемый, например, в солнечных батареях.
Если при этом замкнуть контакты проводником, от катода к аноду пойдёт ток (ток течёт от плюса к минусу). Таким образом получится фотоэлемент, прибор, генерирующий электроэнергию, используемый, например, в солнечных батареях.
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
К
А
–
+
Вакуумная оболочка
m = 1 а.е.м = 9,1⋅ 10⁻³¹ кг
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
q = −1 е = −1,6⋅10⁻¹⁹ Кл
e — энергия электромагнитной волны
Свободная кинетическая энергия в фотоэлементе преобразуется в электрическую:
mƲ
E =
к
2
2
=
Чтобы прекратить ток, необходимо подключить источник напряжения обратной полярности, с ЭДС =
— запирающее напряжение
