Космология – наука о Вселенной в целом. Принцип Коперника и космологический принцип. Характеристики Вселенной

Характеристика Галактики как звездного скопления и её эволюция

Звезды: Красные гиганты, белые карлики, нейтронные звезды. Черные дыры

Солнце и его эволюция

Космические лучи

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ……….………………………………………………………………..112

 

ЛЕКЦИЯ (ВВОДНАЯ) ФИЗИКА АТОМА

Опыт Резерфорда.

Полуклассическая модель атома водорода

Корпускулярно-волновой дуализм

Соотношение неопределенности Гейзенберга

Волновая функция

Уравнения Шредингера. Примеры

Операторы физических величин

Атом водорода

Молекула

Молекулярные спектры

Кристалл. Уровни энергии электрона в периодическом поле

Зонная теория

 

Атомная физика - раздел физики, в котором изучают строение и свойства атомов и процессы с их участием.

Атом – наименьшая частица химического элемента, способная самостоятельно существовать и проявлять его свойства. Атом состоит из ядра и электронов. Электрический заряд ядра положительный равный отрицательному заряду электронов, следовательно, атом электрически нейтрален.

Строение атома было открыто Э.Резерфордом в 1911г. в опытах по рассеянию альфа-частиц на золотой пластинке. Очень малая часть альфа-частиц (дважды ионизированные атомы гелия) летящие с громадной скоростью рассеивались под большими углами, и даже назад, налетая на положительно заряженный массивный силовой центр внутри атома. Так возникла планетарная модель атома: в центре ядро вокруг него движутся электроны.

Формула Резерфорда для дифференциального сечения рассеяния

где - элемент телесного угла «кулёк»).

Дифференциальное сечение рассеяния = число частиц падающих на кольцо /плотность потока частиц. См рис 1.Рассеяние

-угол рассеяния.

рис 1.Рассеяние

Полуклассическая модель атома водорода предложенная Н.Бором основа на трех постулатах:

1.Постулат стационарных состояний: электрон в атоме находится в состояниях в которых он не излучает. спектр энергий атома дискретный. где главное квантовое число.

2.Условие частот: электрон в атоме, переходя из одного стационарного состояния в другое состояние , излучает (или поглощает) квант электромагнитной энергии

Правило квантования орбит: момент импульса электрона в стационарном состоянии при движении по орбите квантован

Кулоновская сила, действующая между электроном и ядром атома водорода (протоном) равна центростремительной силе

Радиус первой боровской орбиты электрона в атоме водорода

Уровни энергии электрона в атоме водорода

Сериальная формула Бальмера-Ридберга для спектров излучения атома водорода

; где

-серия Бальмера (видимый свет).

-нумерует серию, -нумерует линию в данной серии

См рис.2

Рис2

 

Квантовая (волновая механика) - теория описывающая движение микрочастиц (молекул, атомов, ядер) и их систем.

Корпускулярно-волновой дуализм - всеобщее и универсальное свойство материи: любой волне соответствует частица и любой частице соответствует волна.

Энергия частицы ,где - частота волны, импульс частицы где -волновой вектор, длина волны вероятности де Бройля .

В квантовой механике нет понятия «траектория частицы» вследствие с оотношения неопределенности Гейзенберга:

,

,

.

Т.е. невозможно одновременно локализовать микрочастицу и фиксировать её импульс см рис3

 

рис 3 Соотношение неопределенностей

 

Чем точнее определяется значение энергии частицы, тем большее время для этого требуется

Комплексная волновая функция описывает состояние квантовой системы в пространстве и времени.

Вероятность обнаружить частицу в объеме определяется по формуле

Условие нормировки .

Уравнения Шредингера

Временно’е уравнение Шредингера описывает эволюцию квантовой системы

Где

Стационарное уравнение Шредингера описывает поведение частицы находящейся в заданном силовом поле

- оператор Лапласа

Пример1.Движение свободной частицы вдоль оси х с импульсом

Уравнение Шредингера .

Его решение , энергия частицы . Спектр энергии непрерывен, (волновая функция осциллирует), вероятность нахождения частицы в любой точке оси единица.

Пример2. Движение свободной частицы с энергией через одномерный потенциальный прямоугольный барьер конечной ширины и высоты .

Уравнения Шредингера , область 1 до барьера

, область 2 барьер

, область3 после барьера

При падении на барьер волновая функция осциллирует, частично отражается, частично проходит внутрь барьера. Внутри барьера волновая функция ослабляется по экспоненте . При выходе из барьера снова осциллирует . Таким образом, существует неравная нулю вероятность прохождения потенциального барьера. Она характеризуется коэффициентом прозрачности прямоугольного барьера

Рис 4 Прохождение квантовой частицы через барьер