Локализация магнитной энергии в пространстве



Рассмотрим длинный соленоид, по поверхности которого циркулирует ток с линейной плотностью i = I/L, L - длина соленоида.

Внутри соленоида H = 4 i/c = 2 I / (cL)

I = cLH/(4 )

S - площадь поперечного сечения соленоида. = LSH dB/(4 ) = V/(4 ) (H dB)

- магнитная энергия, приходящаяся на единицу объёма. = (H dB)/ (4 )

В общем случае можно показать . В случае

  1. Что называется областью спонтанного намагничивания ферромагнетиков? Как объяснить противоположное направление коэрцитивной силы по сравнению с приложенной напряженностью Н?

Магнитные свойства ферромагнетиков обусловлены собственными (спиновыми) магнитными моментами электронов.

При определенных условиях в кристаллах могут возникать силы, которые заставляют магнитные моменты электронов выстраиваться параллельно друг другу. В результате возникают области спонтанного (самопроизвольного) намагничивания, которые называются доменами.

Для каждого ферромагнетика имеется определенная температура  , при которой области спонтанной намагниченности распадаются и вещество утрачивает ферромагнитные свойства. Эта температура называется точкой Кюри ( ) (для железа , а для никеля ).

При помещении ферромагнетика во внешнее магнитное поле при малых значениях Н за счет смещения стенок происходит рост доменов, магнитные моменты которых составляют с направлением поля наименьший угол, и индукция поля В в кристалле быстро возрастает :

Зависимость магнитной индукции B от напряженности магнитного поля H

 

Рост индукции продолжается до тех пор, пока магнитные моменты всех молекул кристалла не окажутся сориентированными вдоль направления поля. После этого темп возраста­ния индукции поля В резко падает и продолжается просто из-за увеличения напряженности внешнего поля Н по линейному закону:      .

Если продолжить график зависимости В=f(Н) на этом этапе до пересечения с осью В (напряженность внешнего поля Н = 0), можно найти величину индукции спонтанного магнитного поля в домене Всп и рассчитать величину спонтанной намагниченности домена . Индукция магнитного поля В в ферромагнетике неоднозначно зависит от напряженности внешнего поля Н (рис. ниже). В результате действия на ферромагнетик переменного магнитного поля индукция изменяется по замкнутой кривой, которая называется петлей гистерезиса. Для каждого ферромагнетика имеется определенная температура Тс, называемая точкой Кюри, выше которой области спонтанного намагничения распадаются и ферромагнетик становится обычным парамагнетиком.

 

  1. В чём заключается вероятностный смысл волн де-Бройля? Объясните физический смысл Ψ-функции.

Если частица имеет энергию и импульс, абсолютное значение которого равно , то с ней связана волна, частота которой и длина волны , где — постоянная Планка. Эти волны и получили название волн де Бройля.

Согласно гипотезе де-Бройляпоток любых материальных частиц (электро­нов, протонов, нейтронов, целых атомов и т.д.) обладает, аналогично кванту света фотону, не только корпускулярными,но и волновыми свойствами. Таким образом, если частица имеет энергию E и импульс, абсолютное значение которого равно p, то с ней связана волна, частота которой

,                                         (1)

а длина - ,                                        (2)

где h – постоянная Планка. Эти волны и получили название волн де Бройля. При этом волновой вектор  этих волн определяется их импульсом:

                                  (3)

где - импульс частицы;

ħ - приведенная постоянная Планка.

Экспериментально эта гипотеза была впервые подтверждена в опытах по дифракции электронов, проведенных Дэвиссоном, Джермером и Томсоном.

Длина волны де Бройля, вычисляемая в соответствии с формулами (2) и (3), есть:

                                                                 (4)

 

где  - волновое число частицы.

Физический смысл волны де Бройля заключается в том, что это не класси­ческая материальная волна, а волна вероятности. Т.е. это есть некая функция ψ(x,y,z,t), описывающая состояние частицы, квадрат модуля которой опреде­ляет вероятность нахождения частицы в различных точках пространства (x,y,z) и в различные моменты времени t.

Волна де Бройля для микрочастицы - это плоская волна вида

,

где - радиус-вектор,  - амплитуда плоской волны.

Математически плоская волна представляет собой комплекснозначную функцию комплексной переменной, называемую волновой функцией.

Вместо соотношения (4) на практике для вычисления длины волны де Бройля у электронов часто используют выражение

 

                                                    (5)

где m * - эффективная масса электрона в твердом теле;

      Екин- кинетическая энергия электронов.

Длина волны де Бройля - это мера пространственного объема, согласно которой квантово-механические свойства микрочастиц (т.е. вероятностный ха­рактер их поведения) становятся определяющими.

Иными словами, длина волны де Бройля - это условная граница для оценки перехода из макромира в наномир. В наномире микрочастицы теряют привычные для макрочастиц свойства:

— микрочастицы движутся не по траекториям (механика Ньютона для
них отменяется);

— невозможно одновременно определить местоположение и скорость
микрочастицы (принцип Гейзенберга);

невозможно достоверно точно сказать, в какой точке пространства
находится микрочастица, а можно говорить лишь о вероятности на­
хождения микрочастицы в данной точке пространства, которая про­порциональна квадрату модуля волновой функции микрочастицы и т.д.

  1. В чём заключается электронно-дырочный переход в полупроводниках?

p-n-Перехо́д (n — negative — отрицательный, электронный, p — positive — положительный, дырочный), или электронно-дырочный переход — область пространства на стыке двух полупроводников p- и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому. p-n-Переход является основой для полупроводниковых диодов, триодов и других электронных элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

Энергетическая диаграмма p-n-перехода. a) Состояние равновесия b) При приложенном прямом напряжении c) При приложенном обратном напряжении

В полупроводнике p-типа концентрация дырок намного превышает концентрацию электронов. В полупроводнике n-типа концентрация электронов намного превышает концентрацию дырок. Если между двумя такими полупроводниками установить контакт, то возникнет диффузионный ток — носители заряда, хаотично двигаясь, перетекают из той области, где их больше, в ту область, где их меньше. При такой диффузии электроны и дырки переносят с собой заряд. Как следствие, область на границе станет заряженной, и область в полупроводнике p-типа, которая примыкает к границе раздела, получит дополнительный отрицательный заряд, приносимый электронами, а пограничная область в полупроводнике n-типа получит положительный заряд, приносимый дырками. Таким образом, граница раздела будет окружена двумя областями пространственного заряда противоположного знака.

  1. Как формулируются постулаты Бора? Объясните схему энергетических уровней в атоме.

Первый постулат:
Атомы имеют ряд стационарных состояний соответствующих определенным значениям энергий: Е1, Е2...En. Находясь в стационарном состоянии, атом энергии не излучает и не поглощает, несмотря на движение электронов.

Второй постулат:
В стационарном состоянии атома электроны движутся по стационарным орбитам, для которых выполняется квантовое соотношение:
m•V•r = n•h/2•p
где m•V•r =L - момент импульса, n=1,2,3...,h-постоянная Планка.

Третий постулат:
Излучение или поглощение энергии атомом происходит при переходе его из одного стационарного состояния в другое. При этом излучается или поглощается порция энергии (квант), равная разности энергий стационарных состояний, между которыми происходит переход:
ε= h• ν= Em-En

Постулаты Бора противоречат законам классической физики. Они выражают характерную особенность микромира - квантовый характер происходящих там явлений. Выводы, основанные на постулатах Бора, хорошо согласуются с экспериментом. Например, объясняют закономерности в спектре атома водорода, происхождение характеристических спектров рентгеновских лучей и т.д. На рисунке показана часть энергетической диаграммы стационарных состояний атома водорода.


Стрелками показаны переходы атома, приводящие к излучению энергии. Видно, что спектральные линии объединяются в серии, различающиеся тем, на какой уровень с других (более высоких) происходит переход атома.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1541; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!