Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Уравнение Эйнштейна для ВФЭ.Содержание книги Поиск на нашем сайте Фотоэффект Явление было открыто в 1887г. Г. Герцом. Он обнаружил, что при облучении ультрафиолетовым светом отриц. разрядника ультр. лучами разряд происходит при меньшем напряжении между электродами. Подробно это явление было исследовано в 1888 – 1890гг. А.Г. Столетовым.
К - металлич. пластина, отриц. заряжена, фотокатод. М -мет. сетка ТИ - токоизмерит. прибор ИП - ист. пит Столетов обнаружил, что при уменьшении напряжения в разряднике, обуславливается выбиванием под действием света из катодо-разрядника отриц. зарядов. При облучении светом фотокатода в цепи появляется ток, т.е. фототок. Фотоэлектр. Эффект – испускание электронов твердыми телами и жидк. под действием эл/м излучения, в вакуум или др. среду. Внешний ФЭ – явление вырывания электронов из твердых тел под действием света. Экспериментально было показано, что ВФЭ у металлов зависит не только от природы металла, но и от состояния его поверхности.
наличие фототока в области тормозящего напряжения – объясняется тем, что электроны обладают нач. кин. энергией сообщаемой светом. eU0= mV Iн=n*e; Iн-ток насыщения, пропорц. числу электронов вылетив. в единицу времени. Из ВАХ можно определить нач. кин. энергию и число электронов вырыв. светом из катода. Законы ВФЭ Столетова: 1 максим. начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности. 2.для каждого металла существует так называемая красная граница ФЭ(min частота света), ниже которой ФЭ не происходит.υ 0 – зависит от хим. природы металла и состояния его поверхности. 3. число электронов вырываемых из катода за единицу времени пропорционально интенсивности света. ФЭ практически безинерционен. При объяснении 1 и 2 закона с волновой точки зрения встретились трудности: ни наличие кр. границы ФЭ, ни не зависим. скорости электронов от интенсивности, ни без инерциальность ФЭ, не может быть объяснено с точки зрения волновых представлений о свете. Уравнение Эйнштейна для ВФЭ. Эйнштейн использовал квант гипотезу Планка и предложил объяснение ФЭ явления: ε = h υ =h c; он предположил, что при падении пучка квантов(фотонов) на поверхность металла происходит поглощение кванта электроном, т.е. квант отдает свою энергию электрону полностью. mV=h υ-(A1+A) A1-энергия потраченная на преодоление взаимодействия с другими электронами. A – работа выхода электрона из металла. Практически в создании фототока будут участвовать только поверхностные электроны, для них уравнение примет вид: mVmax = h υ-A; A – работа выхода, mVmax – максим. кин. энергия фотоэлектронов. ФЭ возможен если: h υ>>A и h υ=A тогда: υ0=Ah; - должна существовать кр. граница, ниже которой ФЭ не будет. Фотоны Фотон не имеет массы покоя, т.е. покоящихся фотонов не существует. Энергия: ε=h υ =mc2. Масса: m=hυc Импульс: p=ħ k; k – волновое число =2Пλ; ħ=1.05*10-34Дж с; направление фотона совпадает с направлением распространения света. Эффект Комптона. 1923г. - амер. физик А.Комптон; 1927г- присудили Нобелев. премию. Он исследовал рассеяние монохром-х рентген-х лучей легкими веществами(графит, парафин). Рассмотрел как рассеивается рассматриваемое с точки зрения волн. первичная вторичная эл/м волна рассеяние эл/м волна υ0 υ На основании рез-ов опытов было установлено: 1. в рассеянном излучении присутствуют как первоначальная λ, так и λ смещения в сторону больших λ. 2.Величина смещения зависит от угла рассеяния, но независит от рассеивания мат-ла: ∆ λ= λ’- λ=2 λкsin2 θ/2; (λк=h/mec=2.43*10-12м) из формулы следует, что ЭК может наблюд-ся только для рентг-го или гамма – излучения(для коротких λ) возрастание λ рассеян-го излучения наблюд-ся при рассеян-ии рентг-их или гамма квантов, получило название Эффекта Комптона 3.при возрастании угла θ интенсивность не смещенной линии падает, а интен-ть смещенной увеличивается.
Постулаты Бора. Целью работы было объединить в единое целое следующее: эмпирические закономерности в спектре атома водорода; ядерную модель атома Резерфорда; квантовый характер испускания и поглощения света. Первоначально в теории Бора сохранялась классическое описание движения электронов, но для достижения цели ему пришлось наложить некоторые ограничения, которые он сформулировал в виде постулатов: 1 Постулат стацион. состояний: сущ-ют некоторые стацион-е состояния атома, находясь в которых атом не излучает энергии, этим стац-ым состояниям соответствуют опред-е (стац-е) орбиты, по которым движ-ся электрон. 2 Правило квантования орбит: в стац-ых состояниях атом электрона двигаясь по круговой орбите должен иметь строго опред-ое квантованные значения момента импульса, удовл-ие условию: (4) mυnrn = nħ; n=1,2,3,…-N стац-ой орбиты; r-радиус стац-ой орбиты; υ–скорость движ-ия электрона по орбите rn; 3 Правило частот: при переходе из одного стац-го состояния в другое, испускается или поглощается один квант энергии: Еn < Еm -поглощение энергии Еn-Еm = h υnm Еn > Еm –излучение энергии Постулаты 1 и 3 были подтверждены опытом Франка и Герца (1914г.):
Уравнение Шредингера. Уравн-е Шред-ра – основное уравнение квантовой механики. Квант-я механика – теория устанавливающая способописания и законы движ-я микрочастицы и их систем, а также связь величин характериз-х микроч-цу системы с физич-ми велич-ми, непосредственно измеренные на опыте. m (d2x / dt2) = Fx (1) наличие волновых свойств микрочастицы не позволяет использовать ур-ие (1). Ур-ие движ-ия микрочастицы было предложено Шред-ом в 1926г. ψ = ψ(x,y,z,t)-(ВФ)→ уравнение движ-ия микрочастицы должно быть относительно этой функции → уравнение должно быть волновым, т.к. с его помощью мы должны объяснить эксперименты по дифракции микрочастицы. Временное урвнение Шредингера: (2) – основное уравн-е нерелятивистской квантовой механики, т.е справедливо для любой частицы движ-ся со скоростью << скорости света. Принцип Паули. Распределение электронов по состояниям, управляется принципом Паули(ПП) установленном на обобщении экспериментальных рез-ов. ПП утверждает, что в каждом состоянии характериз-ся 4 квант-ми числами (n-главное квант.(n=1,2,3); l-орбитальное (l=0,1,2…n-1); ml – магнитное (ml = -l…,-1,0,1,…+l); ms- магнитное спиновое (ms =+1/2, -1/2)) может нах-ся не >> 1 электрона. В соответствии с ПП каждый вновь присоед-ый электрон будет занимать состояния с большей энергией. Совокупность электронов нах-ся во всех возможных состояниях с одинаковой знач-ем n(главное квант-е число) будем наз-ть электронным слоем или оболочкой. (K,L,M). Заполненный слой – слой, в котором все входящие в него состояния в атоме реализованы. Ядерные силы. Нуклоны связаны между собой особыми силами притяжения – ядерными силами. Основные свойства: 1. fяд >> fкул, fграв. 2.они короткодействующие, т.е. действуют на расстояниях ~ 10-15 м = 1 Ф. 3. они явл-ся силами особого рода, их природа и свойства изучены недостаточно. Модели атомного ядра. 1. Капельная модель: в основе модели лежит аналогия между свойствами ядра и капли жидкости. Общее: а) силы, действующие между молекулами жидкости, имеют малый радиус действия. б) ядерные частицы, также как и молекулы жидкости, обладают достаточной подвижностью. Доказательством этого служит установление у p и n значительных моментов импульсов. в) плотность вещества в жидком состоянии при данной темпер-ре и давлении постоянна и не зависит от числа молекул, а ядро имеет постоянну удельную энергию связи, и плотность, не зависящую от числа нуклонов в ядре. Отличие: ядро-капля заряжено и подчиняется законам квантовой механики. Капельная модель хорошо поясняет многие свойства ятомных ядер. С ее помощью установлен критерий устоячивости атомных ядер: Z =А/1,98+0,015А → Z = А/2*(Nр ≈ Nn) – для легких ядер. 2. оболочечная модель: нуклоны в ядре нах-ся в определенных энергетич-х состояниях и подобно электронам в атоме образуют определенные электронные оболочки и подоболочки. Ядра имеющие только заполненые оболочки обладают повышенной устойчивостью и большей распространненостью. Рассчеты по оболочечной модели показали, что наиболее устойчивыми положениями оказались с числом p или n: 2,8,20,28,50,82,126,152 (магические числа). Дважды магические элементы:24He, 816O, 2040Ca,82208Pb.
6. Радиоактивность. Природа α, β, γ распадов. Закон радиоакт-го распада. Период полураспада. Активность радиоакт-го вещества. р/акт - испускание ядрами некот-х элем-ов различных частиц сопровождающийся переходом ядра в др. состояние и изменение его параметра. У достаточно тяжелых элементов(после 82Pb) ядерные силы уже не обеспечивают устойчивости ядра. Такие ядра могут самопроизвольно распадаться, превращаясь в ядра более легких элементов. Это явление наз-ся р/акт распадом. Распад атомных ядер сопровожд-ся испусканием различных видов з/акт излучений и некоторых элементов частиц. 1896г –Анри Беккерель обнаружил, что соли урана испускают невидимые лучи со сле-ми свойствами: 1.способны вызывать люминисценцию 2.проникать сквозь слои непрозрачных веществ. 3.ионизируют газы. 4.обладают фотографич-им действием. Дальнейшее исследование было проделано Марией и Пьером Кюри, Э.Резерфордом. Ими были установлено, что естественная р/акт свойственна не только урану, но и многим тяжелым элементам: 89Ас, 90Тh, 84210Ро, 88Ra. Все эти элементы были названы р/акт, а испускаемые ими лучи-р/акт-ым излучением. Радиоактивное излучение явл-ся сложным и состоит из трех видов излучения. Анализ его состава был сделан Кюри по отклонению в магн-ом поле. Характер отклонения лучей в магн-ом поле показывает, что α-лучи несут полож-ый, β-лучи отриц-ый заряд, γ-лучи не заряжены. α-лучи – поток ядер гелея (24Не → Zα = +2e). пролетая сквозь вещество α-частица ионизирует его атомы действуя на них своим электр-им полем. Израсходовав свою энергию, α-частица останавл-ся, захватывает электрон из вещ-ва и превращается в нейтральный атом гелия. Пробег (проникающая способность)-путь, проходимый р/акт излучателем в вещ-ве. Ионизирующая способность - число пар ионов, создаваемых излучением на пробеге. β-лучи – поток быстрых электронов(υβ~108м/с). β-частицы обладают меньшей иониз-ей спос-тью, но большим пробегом, чем α-частицы. Энергия β-частиц идет на: ионизацию; возбуждение вторичного рентген-го излучения, источником которого явл-ся оболочка атома. Γ-лучи – эл/магн волна(λγ ~ 10-12м). источником γ-излучения явл-ся атомное ядро. Энергия идет на: фотоэффект, эффект Комптона; образование электронно-позитронных пар εγ ≥ 1,02 МэВ – ядро распадается на отриц-ый электрон и полож-ый.
Закон р/акт распада. Радиоакт.распад- естеств-е радиоакт-е превращ-е ядер, происходящее самопроизвольно. р/акт распад ведет к постепенному уменьшению числа атомов р/акт излучения. Пусть dN-число атомов, распадающихся за время dt: dN =-λNdt (1), где λ-постоянная распада (минус указывает на уменьшение числа атомов). dN/N характе-ет относительное уменьшение dt атомных ядер в единицу времени. dN/N = - λdt → ln N = -λt + ln с (2), ln c-определ-ся из нач-ых условий: t=0 → N=N0/ N = N0 e-λt (3) – закон р/акт распада. N0-число атомов р/акт элемента в нач-ый момент времени, N-число атомов этого же элемента, оставшихся к моменту времени t. Для характер-ки быстроты рапада вводят понятие периода полураспада (время, в течение которого распадается половина атомов ядер р/акт вещ-ва). Т = ln 2λ = 0,693λ/ Время жизни р/акт атома – величина обратно пропорц-ая постоянной распада: τ = 1λ = Тln2 =1,44 Т Активность р/акт распада – число атомных распадов, совершающихся в р/акт элементе за един-цу времени: а = |dNdt| = λ N. Продукт р/акт распада сам может бать р/акт и проходить несколько промежуточных стадий, образуя цепочку р/акт элементов, заканчивающуюся стабильным элементом. Такая цепочка элементов наз-ся семейством: 1-ое семейство урана:
2-ое сем-во нептуния:
3-е сем-во актиноурана:
4-ое сем-во тория:
Тепловое излучение. ТИ – электромагн-ое излучение испускаемое веществом и возникающее за счет энергии теплового движ-ия атомов и молекул. Свойства: 1.ТИ свойственно всем телам при Т > 0К. 2.ТИ может быть равновесным, т.е распределение энергии между телами и излучателем остается неизменным во времени. Основные характ-ки ТИ: 1.излучательная способность твердого тела (η) зависит от λ, Т: ηλ,Т=(dEλTизл/dλds) – излуч-я способность тела численно = мощности излуч-ия с един-цы площади поверхности тела в един-ом интервале длин волн. 2.светимость (интенсивность излуч-ой способности) R R = 0∫∞ ηλT dλ 3.поглощательная способность тв-го тела (а): аλ,Т = (dEλ,Тпоглощ/dEλ,Т); dEλ,Тпоглощ – энергия поглощ-го тела (dλ); dEλ,Т – энергия падающая на тело; аλ,Т – монохром-ий коэф-т поглощения.
1 2 поглощения от λ с 3 определенной Т=const
1-произв-ое тело а = f(λ,T) 2-АЧТ а≠ f(λ,T)=1 АЧТ – тело, которое поглощает все падающее на него излучение любой длины волны и при любой Т. 3-серое тело - а≠ f(λ), а= f(T) Серое тело – тело, поглощение которого один-во для всех длин волн излучения и зависит только от Т. Закон Стефана-Больцмана. (1879г.); R = G T4, G = 5,67*10-8 Вт м-2 К-4 для серых тел: 0∫∞ηλТ dλ = 0∫∞ aT UλТ dλ; Rст= aTRАЧТ*GT4. Эксперем-но было показано, что зависимость излучательной способности АЧТ от λ имеет след-ие особенности:
T1>T2>T3 Т1 2.завис-ть хар-ся присутствием Т2 max и зависит его Т3 полож-ие от Т АЧТ. λm = в1/Т – закон смещения Вина – опред-ий Т светящ-ся тела (пик); в1 = 2,9*10-3 м*к. 3.max значение ηλТ пропорц-но Т5 (UλТ)max = в2 Т5; в2 = 1,3*10-5 Вт м3 К-5. Формула Вина: UλТ=A e-βλT; A,β=const. Формула Релея-Джинса: UλТ=8 П2 К Т λ-4, К- постоянная Больцмана. Получены эти формулы на основе классической физики(излучение непрерывно и т.д.) Квантовая гипотеза Планка. Формула Планка. В 1900г. немецким физиком Максом Планка была предложена квантовая гипотеза: поглощение и излучение энергии эл/м излучения атомов и молекул возможно только отдельными порциями (квантами энергии). ε - энергия кванта, υ - частота излучения, h - постоянная Планка. ε = h υ = h сλ. H=6,63*10-34 Дж с. Формула Планка:
Твердые тела. Любое твердое тело представляет собой систему многих микрочастиц. Существует два способа описания систем многих частиц: термодинамическое и статистическое описание. При термод-ом описании систему рассматривают как макроскопич-ую систему, не интересуясь частицами. Такая система характериз-ся макропараметрами: р, Т, V. Этот способ не дает возможности исследовать свойства системы, которые зависят от микроструктуры вещества (проводимость). Статистич-ое описание: система состоит из N частицы. N → корд-ты x, y, z 3N проекции имп-ов рx, рy, рz 3N Динамич-ий метод (уравнения Ньютона) не применим. Статистич-ий метод позволяет найти наиболее вероятные распределения частиц системы по координатам, импульсам, энергиям. Математически задача стат-го метода сводится к описанию функции распределения частиц(ФР). ФР характер-ет плотность вероятности распределения частиц системы по фазовому пространству координат и импульсов (для классич-х частиц) и по квантовым состояниям (для кван-х частиц). классич-я система 6N классич-я механика квантово-механич-я система. Характер ФР зависит от индивидуальных свойств частиц системы. Идеальный газ подчиняется распределению Максвелла-Больцмана, а электронный газ – распределению Ферми-Дирака. Полупроводники. 1.собственные полупроводники: химич-ки чистые полупр-ки.
∆Е
Валентная зона При Т=0К его валентная зона(ВЗ) Это приводит к появлению в ЗП свободных электронов, а в ВЗ – свободных уровней, на которые могут переходить электроны этой зоны. При приложении к такому кристаллу внешнего поля в нем возникает направленное движение электронов ЗП и ВЗ, приводящее к появлению элект-го тока. Кристалл становится проводящим. Таким образом, проводимость полупр-ков явл-ся возбужденной провод-тью. Она появл-ся под влиянием внешнего фактора, способного сообщить электронам ВЗ энергию, достаточную для переброса их в ЗП. Такими факторами могут быть нагревание полупр-ов, облучение их светом и ионизир-им излучением.
2. примесные полупроводники: при наличие примесей в полупроводниках в энергетической схеме появляются дополнит-ые ЭУ - примеси. Эти уровни могут располагаться как в разрешенной, так и в запрещенной зонах. Для улучшения проводимости полупр-ов в них вводят примеси, уровни которые располагаются в ЗЗ. Типы примесей: 1. Донорные уровни – легко отдают электроны: Si, Ge → P, As, Sb (донорные примеси). Изобразим зонную структуру кристалла с донорной примесью:
ДУ
0,01 эВ ЗЗ Еg ВЗ донорные уровни нах-ся вблизи дна ЗП. При наличии ДУ увелич-ся электронная роводимость полупр-ов, а также сужается запрещенная зона. 2. Акцепторные уровни–легко забирают элект-ны: Si → В. полупроводниковые свойства создаются также примесными атомами, легко воспринимающими электроны. Они наз-ся акцепторами.
Еg 0,01 эВ ВЗ. АУ способствуют ЗЗ появлению дырочной АУ проводимости. Они ВЗ увелич-ют проводимость за счет движения дырок в ВЗ. Фотоэффект Явление было открыто в 1887г. Г. Герцом. Он обнаружил, что при облучении ультрафиолетовым светом отриц. разрядника ультр. лучами разряд происходит при меньшем напряжении между электродами. Подробно это явление было исследовано в 1888 – 1890гг. А.Г. Столетовым.
К - металлич. пластина, отриц. заряжена, фотокатод. М -мет. сетка ТИ - токоизмерит. прибор ИП - ист. пит Столетов обнаружил, что при уменьшении напряжения в разряднике, обуславливается выбиванием под действием света из катодо-разрядника отриц. зарядов. При облучении светом фотокатода в цепи появляется ток, т.е. фототок. Фотоэлектр. Эффект – испускание электронов твердыми телами и жидк. под действием эл/м излучения, в вакуум или др. среду. Внешний ФЭ – явление вырывания электронов из твердых тел под действием света. Экспериментально было показано, что ВФЭ у металлов зависит не только от природы металла, но и от состояния его поверхности.
наличие фототока в области тормозящего напряжения – объясняется тем, что электроны обладают нач. кин. энергией сообщаемой светом. eU0= mV Iн=n*e; Iн-ток насыщения, пропорц. числу электронов вылетив. в единицу времени. Из ВАХ можно определить нач. кин. энергию и число электронов вырыв. светом из катода. Законы ВФЭ Столетова: 1 максим. начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности. 2.для каждого металла существует так называемая красная граница ФЭ(min частота света), ниже которой ФЭ не происходит.υ 0 – зависит от хим. природы металла и состояния его поверхности. 3. число электронов вырываемых из катода за единицу времени пропорционально интенсивности света. ФЭ практически безинерционен. При объяснении 1 и 2 закона с волновой точки зрения встретились трудности: ни наличие кр. границы ФЭ, ни не зависим. скорости электронов от интенсивности, ни без инерциальность ФЭ, не может быть объяснено с точки зрения волновых представлений о свете. Уравнение Эйнштейна для ВФЭ. Эйнштейн использовал квант гипотезу Планка и предложил объяснение ФЭ явления: ε = h υ =h c; он предположил, что при падении пучка квантов(фотонов) на поверхность металла происходит поглощение кванта электроном, т.е. квант отдает свою энергию электрону полностью. mV=h υ-(A1+A) A1-энергия потраченная на преодоление взаимодействия с другими электронами. A – работа выхода электрона из металла. Практически в создании фототока будут участвовать только поверхностные электроны, для них уравнение примет вид: mVmax = h υ-A; A – работа выхода, mVmax – максим. кин. энергия фотоэлектронов. ФЭ возможен если: h υ>>A и h υ=A тогда: υ0=Ah; - должна существовать кр. граница, ниже которой ФЭ не будет. Фотоны Фотон не имеет массы покоя, т.е. покоящихся фотонов не существует. Энергия: ε=h υ =mc2. Масса: m=hυc Импульс: p=ħ k; k – волновое число =2Пλ; ħ=1.05*10-34Дж с; направление фотона совпадает с направлением распространения света. Эффект Комптона. 1923г. - амер. физик А.Комптон; 1927г- присудили Нобелев. премию. Он исследовал рассеяние монохром-х рентген-х лучей легкими веществами(графит, парафин). Рассмотрел как рассеивается рассматриваемое с точки зрения волн. первичная вторичная эл/м волна рассеяние эл/м волна υ0 υ На основании рез-ов опытов было установлено: 1. в рассеянном излучении присутствуют как первоначальная λ, так и λ смещения в сторону больших λ. 2.Величина смещения зависит от угла рассеяния, но независит от рассеивания мат-ла: ∆ λ= λ’- λ=2 λкsin2 θ/2; (λк=h/mec=2.43*10-12м) из формулы следует, что ЭК может наблюд-ся только для рентг-го или гамма – излучения(для коротких λ) возрастание λ рассеян-го излучения наблюд-ся при рассеян-ии рентг-их или гамма квантов, получило название Эффекта Комптона 3.при возрастании угла θ интенсивность не смещенной линии падает, а интен-ть смещенной увеличивается.
|
|||||||||||||||||||||||
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; просмотров: 523; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 216.73.216.146 (0.016 с.) |