Де-Бройль гипотезасы

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Корпускулалық теория бойынша жарық фотонының εф энергиясы,mф массасы мен рф импульсы мынаған тең: ε=ħω , mф=εф/c²=ħω/c², pф=mфc=ħω/c=2πħ/λ.Сөйтіп жарық фотонының импульсы мен жарық толқыны ұзындығы арасындағы байланыс ħ Планк тұрақтысы арқылы өрнектеледі.Француз ғалымы Луи де Бройль (1892-1987) жарықтың осы корпускулалық-толқындық табиғаты жөніндегі түсініктерді дамыта келе, 1924 жылы француз галымы Луй-де-Бройль корпускулалық-толқындық табиғат фотондарға ғана тән емес, кез келген материалдық бөлшектердің бойында да болады деп айтты. Соған сай кез келген бөлшектің қозғалысын толқындық процесс ретінде қарауға болады. Сонда мынадай теңдеу шығады: мұндағы және - бөлшектің массасы мен жылдамдығы. Бұл формуламен сипатталатын толқындар де-Бройль толқындары деп аталады. Де Бройль жорамалының батылдығы мынада: келтирилген теңдіктері тек фотондар үшін емес, басқа микробөлшектер үшін де, соның ішінде тыныштық массасы бар бөлшектер (электрон, протон, атом т.б.) үшін де постулат ретінде қабылданды. Сонымен қозғалыстағы кез келген бөлшекпен бір толқындық процесс байланысқан болады.

Де-Бройль теңдеуі бойынша қозғалған дененің массасы неғұрлым үлкен болған сайын, оған сай толқын ұзындығы соғұрлым кіші болатындығын көреміз. Бірақ микробөлшектердің массасын кіші, жылдамдықғын біршама үлкен етіп алсақта оның толқын ұзындығын байқау мүмкін болмайды. Мәселен, массасы m=10^-3г зат 10 м/с жылдамдықпен қозғалады десек, оның де-Бройль толқынының ұзындығы:

мұндай толқынды ешбір құралмен байқау мүмкін емес. Өйткені ең кіші дифракциялық тордың өзі атом мөлшеріне ғана парапар 0,1 ннм тең.

Микробөлшектердің массалары кіші болғандықтан, оларға сай де-Бройль толқындарының ұзыындығын құралмен өлшеуге болады. Мысалы, 10⁶ м/с жылдамдықпен қозғалатын электронға сай келетін толқынның ұзындығы:

Ұзындығы бірнеше нм мұндай толқын, әдетте, рентген сәулелеріне сәйкес келеді.

3.m_ev²/r=e²/4πε₀ r²

m_erv=nħ v= nħ/m_er

r=4πε₀ n²ħ² / m_e e²

Билет

Радиоактивтілік (лат. radіo – сәуле шығару, actіvus – әсерлік) – орнықсыз атом ядроларының басқа элементтер ядросына бөлшектер немесе гамма-кванттар шығару арқылы өздігінен түрлену құбылысы.

Ядролық физиканың даму тарихына көз жүгіртсек, оның қайнар көзі 1886 жылы француз ғалымы А. Беккерель ашқан табиғи радиоактивтік құбылысынан басталады. Атомдардың тұрақты еместiгi ХIХ ғасырдың ақырында ашылғанды. 46 жыл өткен соң ядролык реактор жасалды. Радиоактивтiктiң — атом ядросының күрделi құрлысын дәлелдейтiн құбылыстың ашылуы сәттi кездейсоқтықтың жемiсi болды. Атом ядросының құрылысы мен құрылымына, нуклондардың байланыс энергиялары туралы мәліметтерге сүйене отырып, радиоактивті сәуле шығарудың табиғатын түсіндіру оңай. Құрамында нейтрон-дардан гөрі протондарының саны артық болатын ядро тұрақты емес, өйткені кулондық әрекеттесудің энергиясы басымырақ. Нейтрондарының саны протондар санына қарағанда анағұрлым көбірек болатын ядроның тұрақты болмауының себебі, нейтроннық массасы протонның массасынан үлкен m_n > m_p . Ядроның массасының артуы оның энергиясының артуына әкеліп соғады. Артық энергиясы бар ядро осы энергияның артық бөлігін екі түрлі жолмен бөліп шығаруы мүмкін.

Механикалық, термиялық және басқа да сыртқы әсерсіз-ақ, ядро өздігінен ыдырап радиоактивті сәуле шығарады және бөліну нәтижесінде түрленіп жаңа элементтің ядросы пайда болады. Өздігінен ыдырау процесінде α-бөлшектер ядродан ұшып шықса, оны альфа-ыдырау деп атайды.

Ядро, өзінің электр зарядын бір заряд бірлігіне өзгертуі, яғни нейтронның протонға немесе протонның нейтронға айналуы арқылы тосын ыдырайды. Осы процесс ядродан электронның немесе позитронның (оң заряды бар электрон) ұшып шығуымен қабаттаса өтеді, оны бета-ыдырау дейді. Радиоактивті ядролардың өздігінен ыдырауы кезіндегі түрленуі 1913 жылы ағылшын ғалымы Ф . Содди тұжырымдаған ығысу ережесіне бағынады. Радиоактивті ыдырау кезінде электр зарядының және массалық санның сақталу заңдары, импульс пен энергияның сақталу заңдары да орындалады.

Альфа-ыдырау

α-бөлшегінің табиғатын 1908 жылы Резерфорд көптеген эксперименттік зерттеулер нәтижесінде анықтады. Альфа-ыдырауы кезінде ядродан өздігінен α-бөлшек — гелий атомының ядросы Не (екі протон және екі нейтрон) ұшып шығады және жаңа химиялық элементтің туынды ядросы пайда болады.

Бета-ыдырау

β-сәулесінің табиғатын 1899 ж Резерфорд ашқан болатын. Ол шапшаң қозғалатын электрондар ағыны. β-бөлшекті {\displaystyle ~_{-1}^{0}e}деп белгілейді. Массалық санның {\displaystyle ~A=0} болуы, электронның массасы массаның атомдық бірлігімен салыстырғанда елеусіз аз екенін көрсетеді

Гамма-ыдырау

1900 жылы Вилaрд ядролық сәуле шығарудың құрамындағы үшінші компоненттің бар екенін тапты, оны гамма (у)-сәуле шығару деп атаған. Гамма-сәуле шығару магнит өрісінде ауытқымайды, демек, оның заряды жоқ. Гамма-сәуле шығару радиоактивтік ыдыраудың жеке бір түрі емес, ол альфа және бета-ыдыраулармен қабаттаса өтетін процесс.

Анықталмағандық принципі — физикалық жүйені сипаттайтын (қосымша физ. шамалар деп аталатын) шамалардың (мыс., координат және импульс) бір мезгілде дәл мәндер қабылдай алмайтындығын тұжырымдайтын кванттық теорияның іргелі қағидасы. 1927 ж. неміс физигі Вагнер Гейзенберг ашқан. Анықталмағандық принципі материя бөлшектерінің (электрондар, протондар, т.б.) корпускулалық-толқындық табиғаты болатындығын айқындайды. Сандық тұрғыдан Анықталмағандық принципі былай тұжырымдалады: егер — жүйенің инерция центріндегі координатының анықталмағандық мәні, ал импульсының осіне проекциясының анықталмағандық мәні болса, онда осы анықталмағандықтардың көбейтіндісі Планк тұрақтысынан () кем болмайды Макроскопиялық шамалармен салыстырғанда аз шама болғандықтан, бұл қатынас атомдық масштабтағы құбылыстарға қатысты ғана орындалады. Анықталмағандық принципі атом ішіндегі құбылыстардың заңдылықтарын түсіндіру және кванттық механика саласының қалыптасуы кезінде аса маңызды рөль атқарды

Билеті

Комптонэффекті

1922 ж. Артур Комптон фотондар гипотезасын фотоэффект сияқты растайтын құбылыс ашты. Комптон монохромат, қатаң рентген сәулесінің жеңіл атомдардан тұратын заттан шашырау құбылысын зерттеді. Комптон эффекті деп электромагниттік сәуле шашыраған кезде оның толқын ұзындығының өзгеруін айтады.

Комптон тәжірибелерінен шашыраған рентген сәулелерінің мынадай қасиеттері анықталды:

1. Шашыраған сәуледе екі толқын ұзындығы болады: бастапқы l₀ және қосымшаl₁ толқын ұзындықтары, бұлардың мәндері біріне-бірі жақын;

2. l₁ толқын ұзындығы әрқашан l₀-ден үлкен l₁ >l₀;

Комптон жарықтың жеңіл заттардан шағылғанда, шағылған жарықтың толқын ұзындығы артатынын байқады. Комптон бұл құбылысты түсіндіру үшін импульс пен энергияның сақталу заңын пайдаланды.

Комптон эффектісін сипаттайтын формула:

Электрон үшін Комптонның толқын ұзындығы:

2) Атомның магниттік моменті

Заттардағы магнит өрісін макро және микро (молекулалық) токтар тудырады. Макротоктар деп өткізгіштік, конвекциялық және т.б. токтарды айтады. Француз ғалымы Ампер затттардың магниттік қасиеттерін олардың молекулаларындағы (атомдарындағы) микротоктар арқылы түсіндірді. Затттардың молекулаларындағы (атомдарындағы) ядроларды айнала қозғалатын электрондарды микроток (молекулалық) деп қарастыруға болады және бұл микротоктар өзінің магнит өрісін тудырады.

Ядроны айнала қозғалатын электрондарда магниттік моментімен қатар, олардың импульс моменті болады.

Сонда микротоктың күші

Магниттікмомент

Орбита бойымен қозғалатын электронның импульс (орбитальдық) моменті формуласымен анықталады. Бұл импульс моментін кейде электронның орбитальдық механикалық моменті деп те атайды.

Электронның орбитальдық механикалық моменті мен магниттік моментінің бағыттары қарама-қарсы болады.

Элементар бөлшектердің магниттік моментінің орбитальдық механикалық моментіне қатынасы гиромагниттік (магнитомеханикалық) қатынас деп аталады. Ол электрон үшін келесі формуламен анықталады:

Электронның орбиталық қозғалысынан пайда болатын магнит моментін орбитальдық магнит моменті деп атайды. Егер атомның құрамында электрон болатын болса, онда атомның магниттік моменті мен импульс моменті

_{Атомның магниттік моменті ядроның магниттік моменті мен электрондардың магниттік моменттерінің қосындысына тең болады. Бірақ ядроның магниттік моменті өте аз шама, сондықтан атомның магниттік моменті атомдағы электрондардың орбиталық және спиндік магниттік моменттерінің қосындысына тең болады.}

Есеп

U=1кв

Билет..

Комптон эффектісі

Комптон эффектісінде жарықтың ең ықтимал корпускулалық қасиеті көрінеді. А. Комптон 1923 жылы монохроматтық рентген сәулелерінің заттардың жеңіл атомдарымен шашырауын зерттей отырып, шашыраған сәулелер құрамында бастапқы ұзын толқындардың сәуле шығаруымен қатар, сондай-ақ неғұрлым ұзынтоқынды сәуле шығару байқалатынын анықтады. айырымы шашырайтын заттар табиғатына және түсетін сәуленің λ толқындар ұзындығына тәуелді болмайтын болып шықты. Тәжірибе жүзінде келесі заңдылық бекітілді:

мұндағы — шашырау бұрышы, — 0,0242 тең тұрақты шама.

Комптон тәжірибесінің сызбасы 1.13 - суретте көрсетілген. D диафрагмасымен көрсетілген монохроматты рентген сәулесінің жіңішке шоғыры шашыратқыш Р затына бағытталған. Шашыратқыш сәуле шығаруының спектрлік құрамы К кристалынан және ИК ионизациялық камерадан тұратын рентген спектрографымен зерттелді.

Комптон эффектісінің барлық ерекшеліктерін шашырауды рентген фотондарының бос электрондармен серпімді соқтығысу процесі ретінде қарастырып түсіндіруге болады. Бос деп байланыс энергиясы фотонның соқтығысу кезінде электронға бере алатын энергиясынан азырақ болатын атомдармен әлсіз байланысқан электрондарды айтуға болады. алғашқы тыныштықта бос электрон фотонға энергиясымен және импульсымен түседі. Соқтығысуға дейін энергия тең

^{1.12 - Сурет - Комптон тәжірибесінің сызбасы}

( — электрон тыныштығының массасы), импуль нөлге тең. Соқтығысқаннан кейін электрон тс² энергияға және тv импульске ие болады. Фотонның да энергиясы мен импульсі өзгереді де, және тең болады. Энергияның және импульстың сақталу заңдарынан екі өрнек аламыз:

Бірінші өрнекті с-ға бөліп, мына түрге келтіруге болады:

(еске саламыз, тең ). Бұл өрнекті квадраттау келесіні береді:

мұндағы — мен векторларының арасындағы бұрыш, яғни шашыратқыш жарықтың таралу бағыты мен алғашқы пучек бағытының аралығы.

(1.48) өрнегінен (1.47) аламыз:

екеніне оңай көз жеткізуге болады болады. Осылай біз келесі теңдікті аламыз:

Осы теңдікті 2 -ге көбейтіп, kk'm₀c бөлеміз:

екенін ескере отырып, келесі формуланы аламыз:

Егер мына өрнекті қойсақ .

Үлкендігі

Массасы т₀ ескерілетін бөліктер комптондық ұзындық деп аталады. Электрон толқының комптондық ұзындығына , т0 и с сандық мәндері келесі мәнді береді

электронын 2 көбейтіп, үшін 0,0242 мәнін аламыз.

Атоммен күшті байланысқан фотондардың электрондарға шашырауы кезінде энергия мен импульс атоммен алмасады. Өйткені атом массасы электрон массасымен салыстырғанда өте көп, сондықтан атомға фотон энергиясының болмашы бөлігі ғана беріледі. Сондықтан аталған жағдайда шашыраған сәуленің толқындарының ұзындығы іс жүзінде түсетін сәуленің толқындарының ұзындығынан өзгешеленбейтін болады.

1.Мессбауэрэффектісі (ядролық g-резонанс) – қатты денедегі бір-бірімен байланысқан атом ядроларының g-кванттарын шығаруы немесе жұтуы.

Бұл құбылыс кезінде қатты дененің ішкі энергиясында өзгеріс болмайды (дене фонондар шығармайды және жұтпайды). Бұл эффектіні 1958 жылы неміс физигі Р.Мессбауэр ашты. Оған осы еңбегі үшін Нобель сыйлығы берілді (1961). Ядро g-квантын шығарғанда немесе жұтқанда осы ядроны қамтитын жүйе р=0/с-ге тең импульс алады (мұндағы 0 – берілген кванттық ауысуға сәйкес келетін – g-квантының энергиясы, с – жарық жылдамдығы) осы импульсті алған ядроның энергиясы D=p2/2М шамасына артады (мұндағы М ядроның массасы). Импульс алу нәтижесінде қозғалмайтын бос ядролардың шығару және жұту спектрлерінің аралығы 2D=02/Мс2-ге тең шамаға кеңейеді. Қатты денеде атомдардың әсерлесу энергиясы кристалл торларының тербеліс энергиясына ауысып, қосымша фонондар туғызады. Егер бір ядроға сәйкес келетін атомдардың әсерлесу энергиясы берілген кристалға тән фононның орташа энергиясынан аз болса, онда кез келген g-квантын жұту актісі кезінде фонондар туындамайды да кристалдың ішкі энергиясы өзгермейді. Кристалдың ішкі энергиясы көбейгенде ядролардың серпілуі кезіндегі фонондардың қозу ықтималдылығы шұғыл артып, керісінше Мессбауэр эффектісінің ықтималдығы шұғыл кемиді. Ал температура төмендегенде Мессбауэр эффектісінің ықтималдығы артады. Әдетте Мессбауэр эффектісіін бақылау үшін g-сәулесін шығарушы және оны жұтушы денелердегі сұйық азот немесе сұйық гелий темп-расына дейін суытылған қондырғының (Дьюар ыдысының) ішіне орналастыру қажет. Өте төмен энергиядағы g-ауысулар үшін Мессбауэр эффектісіін Т~1000ӘС-қа дейін бақылауға болады (Мысалы, 57ұе ядросының g-ауысу энергиясы 0=14,4 кэВ, ал 119Sn ядросының g-ауысуы үшін 0=23,9 кэВ). Берілген кристалл үшін фонондардың өзіндік орташа энергиясы (кристалдың Дебай температурасы) жоғары болған сайын Мессбауэр эффектісінің ықтималдығы артады. Мессбауэр эффектісінің ықтималдылығы мен оның температураға тәуелділігін өлшеу қатты денелердегі атомдардың өзара әсерлесуі мен оның кристалл торларындағы атомдарының тербелу ерекшеліктері туралы мәлімет алуға мүмкіндік туғызады. Мессбауэр эффектісіін пайдаланатын өлшеу тәсілдері өте жоғары талғамдарымен ерекшеленеді; себебі әрбір тәжірибеде резонанстық жұтылу тек ядроның бір ғана түрінде байқалады. Бұл жағдай ядроларында Мессбауэр эффектісі байқалатын атомдар қатты дене құрамына қоспа ретінде кіретін кезде Мессбауэр эффектісіін ұтымды түрде пайдалануға мүмкіндік береді. Мессбауэр эффектісі металдар мен шала өткізгіштердегі қоспа атомдардың электрондық күйлерін және ол атомдардың тербеліс ерекшеліктерін зерттеуге пайдаланылады. Мессбауэр эффектісі биологияда (мысалы, гемоглобиннің электрондық құрылымын зерттеу), геологияда (табиғи шикізатты барлау және шұғыл талдау жасау), заттарды хим. талдау жасауда, денелердің жылдамдықтары мен тербелістерін өлшеуде қолданылады. Осы кезге дейін Мессбауэр эффектісі 41 элементтің 73 изотопында байқалды. Олардың ішіндегі ең жеңілі 40К, ең ауыры 243Am элементтері.

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1623; Мы поможем в написании вашей работы!
Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!