Optika ir atomo fizika

1. Spinduliav., kurį sužadina medžiagos dalelių šiluminiai virpesiai vad. šiluminiu arba tempera-tūriniu. Jo intensyvumas ir spektras priklauso nuo spinduluojančio kūno savybių ir temperatūros. Tik šiluminis spunduliavimas gali būti pusiausviras. – spektrinis energ. spinduliavimo tankis

arba geba.Ši svarbiausia kiekybinė kūno šiluminio spinduliavimo charakteristika išreiškia sąryšį tarp temperatūros T ir spinduliavimo pasiskirstymo pagal dažnį v

– absorbcijos geba. Šis dydis priklauso nuo nagrinėjamo kūno temperatūros ir krintančio spinduliavimo dažnio arba bangos il-gio.Kūną, kurio bet kokioje temperatūroje visų dažnių spinduliavimo absorbsijos geba Kirchhofas pavadino absoliučiai juodu kūnu. Jis sugeria visus į jį kritusius spindulius. Kūnas, kurio absorbsijos geba pastovi esant bet kokiam spindu-liavimo dažniui, tačiau yra mažesnėuž vienetą, vad pilkuoju.

2 Konkrečioje temper. kūno emisijos gebos ir ab-sorbcijos gebos santykis nepriklauso nuo kūno pri-gimties – tai visiems kūnams, tarp jų ir absoliučiai juodam kūnui,universali dažnio ir temperatūros funkcija. Šis dėsnis skirtingiems kūnams išreiškia-mas santykių lygybe:

Išvada: kai kūnas smar-kiau išspinduliuoja energiją, tai tomis pačiomis są-lygomis geriau ją ir sugeria. Pvz: suodžiais paden-gta pplatinos juostelė įkaitusi švyti ryškiau už nepa-dengtą juostelę.Absoliučiai juodo kūno absorbcios geba yra lygi 1, tai nejuodo kūno spektrinis spin-duliav. tankis negali būti didesnis už tos pačios te-mperat. absoliučiai juodo kūno spinduliav. tankį.

3 V.Vynas nustatė tokį dydžių sąryšį: abso-liučiai juodo kkūno spektrinio spinduliav. energijos tankio maksimumą atitinkantis bangos ilgis yra atvirkščiai proporcingas kūno temperatūrai, t.y. b – vyno konstanta 0,002898 m*K Absoliuč. juodo kūno spinduliav. max. 6000 K t yra regimojoje spektro srityje. Kai tem-perat. žemesnė, max. esti ilgesnių badgų srityje Švytinčiam kūnui vėstant, jo spektre ima vyrauti vis mažesnio dažnio šviesa, iki tol, kol galų gale kūnas visai nustoja skleisti regimuosius spindulius.

4 Kūnų pusiausviras spinduliav. energijos šviesis yra tiesiog proporcingas absoliut temperatūros T ketvirtajam laipsniui. Teiginys teisingas tik absol-iučiai juodam kūnui – 5,67032*10-8W/(m2*K4). Nejuodų kūnų WT taip pat labai priklauso nuo temperat. Bir n

turėtų būti eksperimentiškai nustatomi dydžiai. Jie priklauso nuo temperat.

5 Hipotezė: osciliator. energija gali būti ne bet kokia – ji kvantuota. yra mažiausias gali-mas osciliator. energijos kkiekis; jis vad. kvantu. Plankas gavo absoliučiai juodo kūno spinduliav-imo spektrinio tankio analizinę išraiš-ką:

6. Elektronų spinduliav. iš kietųjų kūnų ir skysčių, absorbavus jiems elektromagnetinį spinduliavimą, vad. išoriniu fotoefektu.1) Elektronai neišlėks iš metalo tol kol amplitudė Emnepasieks tam tikros metalui būdingos krizinės vertės, pakankamos iš-laisvinti elektronui.0K t0 esančio metalo atomų valentinius ekektronus kristale apytisliai galima laikyti laisvais judančiais gylio V0 potencinės energijos duobėje, taigi jų potencinė energija yra neigiama. Kinetinė šių elektronų energija gali kisti nuo 0 iki didžiausio vertės WWF. Suminė jų energija yra neigiama.Potencialo duobės gylis irFermio energijos vertė priklauso nuo metako prigimties. Fermio lygmenyje esančiamelektronui suteikus energijos kiekį, lygų A arba už jį didesnį, tas elektronas gali išlėkti iš metalo, – vyksta išorinis fotoefektas.

7. Fotono energija išreiškiama lygybe . Taikant Einšteino masės irenergijos sąryšio dėsnį, fotono masė išreiškiama: Fotonas medžiagoje juda greičiu c. Fotonas yra ypatinga mikro dalelė: ji mase ir sklidimo greičiu labai skiriasi nuo medžiagos dalelių,pastarosios visada juda greiču, mažesniu už c, arba esti rimties būse-noje.Fotonas apibūdinamas judesio kiekiu (impulsu)

8. . Ji reiškia energijos virsmų tvermės dėsnį.Lygtis atitinka grafiką. Tiesės posvyrio kampo tangentas yra lygus Planko konstantos h skaitinei vertei. Tuomet, kai sugerto fotono energija fotoefektas nevyksta. Jis prasideda tik nuo dažnio vr tenkinančio lygybę Šis dažnis vad. ribiniu.

9. =2,426 pm.

Komptono reiškinys teisiogiai patvirtina elektro-mag. spinduliav.fotoninę prigimtį. Komptono bandymai parodė kad tarp išsklaidytų spindulių, be pagrindinio ilgio bangų, buvo ir didesnioilgio Rengeno spindulių. Rengenas nustatė, kad bangos ilgio padidėjimas nepriklauso nuokrintančios medž. o priklauso tik nuo spindūlių

sklaidos kampo . Koptono reiškin ysvyksta ir sklindant bet kokio dažnio elektromag. spinduliav. Tačiau tik esant labai trumpų bangų (Rengeno ir gama) spinduliams, santykinis pokytis yra pakankamodidumo, kad būtų eksperimentiškai užregistruotas.

10. Rementis kvantine teorija šviesos slėgis ssu-prantamas kaip suminis impulsas, kurį fotonai perduoda kūno paviršiaus ploto vienetui per sekundę.Šviesos slėgis išreiškiamas lygtimi: P0 – krintančios elektromag. bangos galia, tenkanti pviršiaus ploto vienetui, R – atspindžio kofici., c – šviesos greitis.Jei paviršius, į kurį krinta šviesa yra veidrodinis, tai R lygu 1 ir šviesos slėgis Jei paviršius visiškai neatspindi šviesos, t.y. visiškai ją sugeria, tai šviesos slėgis Vadinasi, veidrodinius paviršius šviesa slegia du kartus stipriau negu visiškai jos neatspindinčius paviršius.

11. Bandymai rodo, kad atominės sistemos – atominio vandenilio – emisijos spektras yra linijinis. Linijos skirstomos į grupes vad.spektro linijų serijomis. Pagal Balmerio formulią galima apskaičiuoti visų vandenilio spinduliavimo spektro linijų, esančių regimojoje srityje, bangų ilgius.

12. Visas atominio vandenilio spinduliavimo spek-tro serijas galima užrašyti Balmerio formule:

R=3,29*1015s-1 Rydbergo konst. Kai n – 1 ,o m – 2, 3, 4, .,gaunama Laimo-no serija; Kai n – 2, o m – 3, 4, 5,., – Balmerio se-rija; kai n – 3, o m – 4, 5, 6, ., – Pašeno serija ir t.t. Didėjant m visų vandenilio spektro serijų dažniai didėja ir artėja prie serijai būdingo ribinio dažnio.

13. Boro postulatai: 1)stacionar.būsenų postulatai. Egzistuoja tam tikros stacionariojo atomo būsenos, kuriose jis nespinduliuoja. Tokios būsenos atomo elektronai juda tam tikromis sstacionarinėmis orbi-tomis ir jų energija nekinta. Atome judančio elek-trono judesio kiekio momentas yra diskretus, kitaip tariant kvantuotas dydis 2) dažnio postulatas: atomui pereinant iš vienos stacionarios būsenos į kitą, spinduliuojamas arba absorbuojamas vienas fotonas. Jo energija lygi abiejų stacionar-iųjų būsenų energijų skirtumui . Kai fotonas išspindul.; jį sugeriant atomas pereina į didesnės energijos stacionariąją būseną. Pagal Boro teoriją atomo energija gali kisti tik diskretiškai. t.y. energija kvantuota. Būsena, kurioje yra mažiausia energija vad normaliąja. Dėl išorinio poveikio atomo energija gali padidėti (n>1). Būsenos vad sužadintomis.

14. Atomas gali sugerti tik tam tikras energijos porcijas – atomo energija yra kvantuota. Bandymai parodė, kad tolydžiai didėjant įtampai U iki 4,9 V, anodo srovė Iamonotoniškai didėja. Kai energija W<4,9eV, elektronai su gyvsidabrio atomais susi-duria tampriai ir praktiškai nepraranda energijos. Po susidūrimo jie turi tiek energijos, kad gali įvei-kti nestiprų stabdantį elektrinį lauką ir pasiekti anodą. Kai elektrono energija 4,9eV – srovės sti-prumas staiga mažėja.Vadinasi, elektronai su nesu-žadintais atomais susiduria netampriai, t,y.elektro-no energija virsta atomo sužadinimo energija. Li-kusios energijos neužtenka anodui pasiekti anodo srovė Ia lieka minimali.Kai greitėjančioji įtampa yra 4,9 V kartotinė, elektronai, iki pasiekia tinklelį, kelis kartus netampriai susiduria su atomai, praras-dami kaskart 4,9eV energijos.

15. Šviesai būdingos ir bangų, ir dalelių savybės. Šviesos

banginės savybės išryškėja dispersijos, in-terferencijos, difrakcijos poliarizacijos reiškiniuo-se. Reiškiniai, kuriems galima pritaikyti Maksvelio elektromagnetinio lauko teoriją. Šitokios bangos apibūdinamos dažniu, bangos ilgiu, amplitude. Pradine faze, poliarizacija ir t.t.

16. Korpuskulinės savybės išryškėja – spindulia-vimo ir absorbcijos t.y. sąveikos su medžiaga, reiškiniuose. Aiškinant absoliučiai juodo kūno spinduliavimo ir absorbcijos dėsningumus, foto-efektą, Komptono reiškinį, šviesa laikoma korpuskulių srautu. Ji apibūdinama fizikiniais dydžiais: energija , mase m, judesio kiekiu p

Kuo mažesnis spindulių dažnis, tuo silpniau pasreiškia jų korpuskalinės savybės. Šviesos banginės ir korpus-kulinės pprigimties sąryšis išryškėja nagrinėjant kūnų apšviestumą. Pagal šviesos banginę teoriją paviršiaus apšviestumas konkrečiame taške yra proporcingasšviesos bangos amplitudės Em kvadratui, o pagal korpuskulinę – proporcingas krintančių fotonų srauto tankiui n. Taigi dydžiai Em ir n tarpusavy yra susiję .

17.Broilio hipotezė: dvejopa prigiktis būdinga ne tik šviesai , kiekviena dalelė pasižymi ir bangų, ir korpuskulų savybėmis. Kiekvieną dalelę galima aprašyti tam tikra banga. Jos ilgis ir dalelės judesio kiekį p sieja lygybė . Kai dalelės ernergija nelabai didelė (v<=c), p=mv. Lygybę pperrašome m – dalelės masė, o v – jos greitis.

18. Elektronine optika vad elektronikos šaka, tirtianti elektringųjų dalelių (elektronų ir jonų) juostų formavimą, valdymą ir jų praktinį naudo-jimą. Neutroninė optika – yra neutroninės fizikos dalis, tirianti lėtųjų neutronų (jų energiją mmažiau už vieną eV) sąveiką su medž. Ji nagrinėja neutronų atspindį ir lūžimą dviejų medž. riboje, neutrono pluošto visišką vidaus atspindį nuo medž. ribos neutronų difrakciją periodinėse struktūrose.esmė:

rementis elektroninės optikos tyrimais sukurti elektron. lęšiai, elektron.prizmės, elektron. veidro-džiai. Pagaminti elektrooptiniai keitikai, elektron-iniai vamzdžiai, elektroniniai mikroskopai.

19. Niutono dėsniais pagrįsta mechanika vad klasikine. Fizikos šaka tinkanti mikrodalelėmis, vad. kvantine mechanika. Klasik. ir kvant. me-chanikai tinka bendri fizikinių dydžių tvermės postulatai: energijos, judesio kiekio, jo momento, elektros krūvio ir t.t. Kai kurie kiti kvantinės mechanikos dėsniai labai smarkiai skiriasi nuo klasikinės mechanikos dėsnių. Klasikinės fizikos požiuriu dalelės judėjimas iš esmės skiriasi nuop sklidimo: visų pirma, bangai būdingas tolydumas, o fotonui – diskretumas. Todėl klasikinė fizika tokios prigimties negali paaškinti. Kvantinės fizikos požiūriu šviesos nnegalima laikyti nei bangomis, nei korpuskulomis, kaip tos sąvokos suprantamos klasikinėje fizikoje.

20. Banginės savybės būdingos kiekvienam elek-tronui. Ryšium su tuo iškyla de Broilio bangų pri-gimties bei mikrodalelės judėjimo trajektorijos problemos. Atskiras elektronas, praeidamas pro plyšį, neišplinta. Jis patenka į tam tikrą fotoplok-štelės taką. Iš anksto atspėti, į kurį tašką pataikys elektronas, neįmanoma. Tikimybė didžiausia vidu-ryje tarp plyšių ir mažiausia ties kreivės įdubomis. Kreivė vaizduoja įvykio dažnio pasiskirstymą vad statistiniu pasiskirstymu. Kreivė tokia, kokią intensyvumu numato banginė teorija de Broilio bangoms ppraėjus dviejų lygiagrečių plyšių sistemą ir intervalus. De Brailio banga – nefizikinė banga. Ji patogi matematinė priemonė neįprastoms mikro-dalelių savybėms paaiškinti.

21. Mikrodalelių būsenų, kurias tiksliai apibūdina judesio kiekis, tuo pačiu laiko momentu neįmano-ma tiksliai apibūdinti koordinatėmis ir atvirkščiai. Vienu ir tuo pačiu metu mikrodalelės koordinatės ir atitinkamos judesio kiekio projekcij-os neapibrėžtumų sandauga yra ne mažesnė už h Ji išreiškia fundamentalų kvantinės mechanikos principą: mikrodalelių būsenų, kurias tiksliai api-būdina judesio kiekis, tuo pačiu laiko momentu neįmanoma tiksliai apibūdinti koordinatėmis ir atvirkščiai.Kanoniškai jungtiniams dydžiams Heizenbergo nelygybė užrašoma: . W – dalelės energija, – laikas. Heizebergo nelygyė tinka bent kokias fizikinės sistemos (ir makros-kopinės) kanoniškai jungtiniams dydžiams.

22. Tamprioji banga sklinda tik mežiagine terpe. Elektromag.banga gali sklisti ir vakuume. Tačiau de Brailio banga nėra fizikinė banga; ji naudojama todėl, kad taip patogiau paaiškinti neįprastas mikr-odalelių savybes. Todėl ją aprašanti banginė funk-cija ir jos amplitudė tiesiogiai eksperimentiškai nestebimi ir fizinės prasmės neturi.Fizikinę prasmę turi tik modulio kvadratas Tikimybė, aptikti dalelę bet kurio laiko momentu t bent kokiame erdvės taške x, y, z yra proporcinga ją aprašančios banginės funkcijos modulio kvadratui

Išvada: mikrodalelei nebūdinga tiksli koordinatė ir apibrėžta trajektorija.

23. Iš Boro postulato išplaukia, kad banginė funk-cija turi tenkinti tam tikras sąlygas: 1) visoje egzistavimo srityje banginė ffunkcija t.b. vienareikšmė, baigtinė, tolydinė ir kvadratiškai integruotina (jeigu dydžio integralas visame kintamųjų intervale yra baigtinis). Be to ji t.b. toly-di ir be lūžių, taigi jos išvestinė t.b. tolydinė ir baigtinė.

24. Bendroji lygtis : i – menamasis vienatas, – Hamiltono operatorius. Fizikoje svarbūs atvejai, kai dalelės juda stacionariųjų jėgų lauke. Tuomet dydis V=V(x, y, z) yra dalelės pote-ncinė energija, kuri nuo laiko tiesiogiai nepriklau-so. Tokia dalėlės būsena vad. stacionariąja. Lyg-tis: sudedami ar atimami tik tais pačiais vienetais W konstanta reiškia energiją. Jei dalelės potencinė energija V=0 tuomet W yra jos kinetinė energija. (W-V yra kinet., o W –plnut. energija). Tuomet lygtis:

25.Dalelė, kurios neveikia jėgų laukas vad laisvąja. Jo potencinė energija V=const. Patogu laikyti =0.

Laisvai judanti dalelė aprašoma pilnąją bangine funkcija: pirmas narys aprašo plokščiąją monochromat. bangą, sklindančią teigiama kryptimi antras – atitinka tokią pat, tik sklindančią priešinga kryp-timi. Laisvoji dalelė aprašoma plokščiąja monohrom.banga.Dalelės energija nekvantuota. Jos koordinatės neapibrėžtumas yra be galo didelis.

26. Dalelės ar kūno potencinė energija V priklauso nuo tos dalelės (kūno) koord.. Kai ši energija, kin-tant dalelės (kūno) padėčiai erdvėje, turi minimalią vertę, sakoma, jog dalelė (kūnas) yra potencialo duobėje. Potencialo duobėje esančios dalelės ener-gija W yra kvantuota . Didėjant sužadin-imo energijai, atstumai tarp gretimų ttikimybės tankio maksimumų mažėja.

27. Praktiškai susiduriama su ne stačiakampiais, o sudėtingesnės formos potencial.barjerais. Pagal klasik. fiziką dalelė, kurios pilnut. energija W