Фотоэффект. Энергия и импульс фотона

Строение атома

Сначала 20 века было выяснено, что в состав входят негативно заряженные электроны, но в целом атом электронейтрален, т.е. отрицательный заряд компенсируется положительным. В 1911 г. Резерфорд предложил планетарную модель атома: в центре атома находится тяжелое положительно заряженное ядро, вокруг которого крутятся электроны. Размер ядра 10-15 м, размер атома - 10-10 м = 1 Å. Вокруг ядра Фотоэффект. Энергия и импульс фотона по замкнутым орбитам (эллиптическим) крутятся электроны.

То, что электроны крутятся, Резерфорд представил на основании аксиомы Ирншоу о невозможности существования устойчивой статической системы зарядов. То, что в центре атома - мощное ядро - на основании рассеяния - частиц (ядер гелия). Исследования проявили, что заряд ядра, выраженный в единицах заряда электрона q = eZ, равен порядковому номеру Фотоэффект. Энергия и импульс фотона хим элемента Z.

Но модель атома Резерфорда противоречила традиционным представлениям: вращаясь вокруг ядра, т.е. двигаясь с центростремительным ускорением, электроны должны могли быть безпрерывно источать электрические волны, частота которых равнялась бы частоте вращения электрона. Т.о. электроны должны могли быть утратить свою энергию и свалиться на Фотоэффект. Энергия и импульс фотона ядро. При всем этом, приближаясь к ядру, электрон был должен бы крутиться все резвее, т.е. частота излучения изменялась бы и атом давал при излучении непрерывный диапазон - сплошной, атом был бы неуравновешенной системой. Это противоречит опыту: атомы устойчивы и дают линейчатый диапазон излучения, частоты линий излучения не изменяются с течением Фотоэффект. Энергия и импульс фотона времени. Это гласит об излучении ( и поглощении ) энергии атомами порциями - квантами , т.е. атом может находиться исключительно в дискретных состояниях с определенной энергией . Переходя из состояния с большей энергией в состояние с наименьшей энергией, атом испускает фотон.

Н. Бор в 1913 г. сделал квантовую модель атома, положив в ее базу постулаты:

  1. Электроны Фотоэффект. Энергия и импульс фотона в атомах находятся на дискретных орбитах, на которых они не источают.
  2. Излучение (поглощение) энергии атомом происходит при переходе электрона с одной орбиты на другую квантами т.е. из 1-го энергетического состояния атома в другое.
  3. Из всех вероятных орбит электрона реализуются те, для которых момент импульса равен целому кратному неизменной Фотоэффект. Энергия и импульс фотона Планка

n = 1,2,3,...: главное квантовое число.

По 2 закону Ньютона moaц = mo(v2/r) равно силе Кулона Ze2/r2:

- кинетическая энергия электрона.

Подставляя в это равенство выражение из 3-го постулата Бора получаем радиус n-ой орбиты

.

Энергия атома равна сумме кинетической и возможной энергии электрона

энергия электрона на n -орбите с радиусом rn Фотоэффект. Энергия и импульс фотона равна
Для атома водорода ( Z = 1 ) при переходе атома из состояния n в состояние m испускается квант с энергией

т.е. частота полосы излучения атома водорода равна

-спектральные термы (формула Бальмера).
- неизменная Ридберга

Теория Бора отлично разъясняла диапазон излучения атома водорода, но для расчета многоэлектронных атомов оказалась неприменимой. Ее ограниченность Фотоэффект. Энергия и импульс фотона связана с неопределенностью Гейзенберга в определении импульса ( скорости ) и координаты электрона


В атоме скорость электрона v 106 м/с , т.е.
- размер атома.

Линия движения электрона в атоме, т.о., утрачивает смысл, а рассматривается только возможность нахождения электрона в данной точке.

Возможность состояния электрона задается квадратом волновой функции, удовлетворяющей уравнению Шредингера

где Фотоэффект. Энергия и импульс фотона - оператор Гамильтона, состоящий из члена, соответственного кинетической и возможной энергии электрона в поле ядра, . Заряд электрона размазан по всему объему атома, образуя электрическое скопление переменной плотности. Состояние электрона характеризуется 4-мя квантовыми числами:

главное (энергия) ,

орбитальное ,

магнитное , включая 0 ,

спиновое , определяющими энергетическое состояние атома.

Принцип Паули

В атоме не может быть электронов Фотоэффект. Энергия и импульс фотона, характеризирующихся схожей композицией квантовых чисел.


Рассредотачивание электронов в атоме соответствует минимуму его энергии.
Совокупа электронов, характеризующихся одним значением головного квантового числа ( энергетического уровня), образуют слой: K(n=1), L(2), M(3), N(4), O(5), P(6), ... Очень вероятное число электронов в слою равно сумме значений (ms + ml):

,


Число электронов в слое для атома равно: K Фотоэффект. Энергия и импульс фотона - 2 , L - 8 , M - 18 , N - 32 , O - 50 , P - 72 , ...

Фотоэффект. Энергия и импульс фотона

Фотоэффект - освобождение электронов от связи с атомами вещества под действием света.

Если электроны выходят за границы освещаемого вещества, фотоэффект именуется наружным , если электроны освобождаясь из атомов остаются в веществе, то фотоэффект именуется внутренним.

Внутренний фотоэффект открыл в 1873 г Фотоэффект. Энергия и импульс фотона. Смит, наружный фотоэффект открыл в 1887 г. Герц, изучил Столетов.

Законы фотоэффекта:

  1. Сила фототока насыщения (наибольшее число освобождаемых электронов в 1 с) прямо пропорциональна световому сгустку J = kФ .
  2. Скорость фотоэлектронов не находится в зависимости от интенсивности света, но растет с повышением частоты света .
  3. Независимо то интенсивности света фотоэффект не появляется, если Фотоэффект. Энергия и импульс фотона частота света меньше " красноватой границы ".

2-ой и 3-ий законы противоречат традиционным представлениям: кинетическая энергия электронов должна зависеть от амплитуды раскачивающих осцилляций , v ~ E , v2 ~ I, т.е. волны, а свет хоть какой частоты при достаточной интенсивности должен вырывать электроны.

В 1905 г. Эйнштейн опубликовал теорию фотоэффекта:
Энергия светового кванта E = h Фотоэффект. Энергия и импульс фотона , расходуется на преодоление притяжения электрона атомами кристаллической решетки металла и на его кинетическую энергию:

,

где A - работа выхода, скорость фотоэлектронов v не находится в зависимости от интенсивности, но находится в зависимости от частоты света. При h к р < A , т.е. v = 0 - фотоэффект отсутствует.

Фотон

По Эйнштейну масса Фотоэффект. Энергия и импульс фотона пропорциональна скорости E=mc2, для фотона , т.е. масса фотона равна:

Импульс фотона, передвигающегося со скоростью с, равен

С повышением частоты масса и импульс фотона растут.

Момент импульса фотона равен

т.к. Момент импульса фотонов всех частот схож.
Интенсивность света - энергия, падающая на площадь 1 м 2 за 1 с, равна

N - число фотонов, падающих Фотоэффект. Энергия и импульс фотона на S = 1 м 2 за 1 с.

Так как фотоны владеют импульсом, световой поток оказывает давление на преграду. Если площадка стопроцентно отражает свет, то по закону сохранения импульса фотон скажет ей импульс, равный

Давление света равно полному импульсу площадки 1 м 2 за 1 с, передаваемому N - фотонами:

В 1900 г. Лебедев экспериментально измерил световое давление на крутильных весах Фотоэффект. Энергия и импульс фотона.

Таким макаром, свет имеет двоякую корпускулярно - волновую природу : частичка с массой m ф и с импульсом p - фотон и волна с частотой и длиной волны .

Атомное ядро

Радиоактивность была открыта в 1896 г. Беккерелем: естественная радиоактивность солей урана, засветившая фотопластинку. Все хим элементы с номерами большенными 83 - радиоактивны.

В Фотоэффект. Энергия и импульс фотона 1923 г. Иваненко высказал догадку, что в состав ядра атома входят только два вида простых частиц протоны 1p1 и нейтроны 0n1 .

Массу ядер определяют в единицах атомной массы (1/12 массы изотопа углерода 6C 12) . Число протонов в ядре равно порядковому номеру Z элемента в повторяющейся таблице, изотопы отличаются числом нейтронов.

Нуклоны (протоны Фотоэффект. Энергия и импульс фотона и нейтроны) связаны в ядре сильным взаимодействием, переносчиком которого являются мезоны. Сильное взаимодействие держит протоны от кулоновского расталкивания.

Ядра могут быть радиоактивными: испускать - лучи (ядра гелия 2He4) , - лучи (электроны e), - лучи (фотоны) и нейтрино .

- распад происходит в ядре с излучением антинейтрино при превращении нейтрона в протон

При - распаде происходит смещение элемента на Фотоэффект. Энергия и импульс фотона 2 клеточки к началу таблицы Менделеева, при - распаде - на 1 клеточку к концу таблицы.

Период полураспада - просвет времени, за который число атомов радиоактивного вещества распадается - миниатюризируется наполовину

T- период полураспада.

Для разобщения нуклонов нужно затратить энергию

т.е. энергия (масса) атомного ядра меньше масс свободных нуклонов, составляющих ядро, на величину - недостаток массы ядра:

При Фотоэффект. Энергия и импульс фотона синтезе ядра выделяется энергия в виде - квантов

Реакция деления

Возбужденное ядро делится на части. Энергию возбуждения можно ввести в ядро при помощи - частиц либо нейтронов. Последнее эффективнее, т.к. нет кулоновского отталкивания. Делящимися материалами являются

92U238 ,92U235 ,92U233 , 94Pu239 , .

При ядерной реакции распада урана высвобождается энергия ~ 240 МэВ (80 % - кинетическая энергия осколков, нейтронов Фотоэффект. Энергия и импульс фотона, 20% - энергия излучения). При делении ядер появляется цепная реакция, если имеется критичная масса урана для поглощения нейтронов : ~40 кг (шар поперечником 15 см).

При взрыве Т~10 млн. К, Р~1 млн. атм.

В атомном реакторе для нагрева теплоносителя употребляют смесь природного 92U238 урана, обогащенного на 5% 92U235 . Цепная реакция идет на неспешных нейтронах Еn ~ 1-2 МэВ Фотоэффект. Энергия и импульс фотона (замедлитель - графит) при температуре 500 - 600 C:

Реакция синтеза

Термоядерная реакция синтеза легких ядер идет с выделением энергии связи 17,5 МэВ, т.е. 7,2 * 10 4 Дж на моль (что в 8 раз больше энергии 1 моля 92U238)

Ядра дейтерия и трития нужно сблизить на расстояние 10 -15м, тогда они соединятся в ядро гелия. Для этого Фотоэффект. Энергия и импульс фотона ядра должны владеть высочайшей кинетической энергией Wk =3kT/2 , т.е. Т=77 *106 К. В звездах предположительно идет термоядерная реакция типа протон - протонной:

с выделением энергии 25 МэВ, т.е. 628 миллиардов. Дж на 1 г водорода. Солнце при массе 2*1033 г будет светить несколько млрд лет.


formula-centralnih-pryamougolnikov.html
formula-denezhno-cenovogo-ravnovesiya.html
formula-emocionalnogo-isceleniya-pust-nachnetsya-process-isceleniya.html