SHPORA.net :: PDA

Login:
регистрация

Main
FAQ

гуманитарные науки
естественные науки
математические науки
технические науки
Search:
Title: | Body:

Поляризация Света. Естественный и поляризованный свет.


Поляризация света – это совокупность явлений волновой оптики, в которых

проявляется поперечность электромагнитных световых волн.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора E каким-то образом

упорядочены, называется поляризованным светом!

Свет со всевозможными равновероятными направлениями колебаний вектора E (и,

следовательно, H) называется естественным светом.























































2) Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Одноосные кристаллы.

При угле падения естественного света на границу прозрачных изотропных

диэлектриков, равном углу БрюсmераθБр , определяемого соотношением:



n = n2 /n1 – отношение показателей преломления второй среды и первой



Данное соотношение называют законом Брюстера, а угол θБр – углом Брюстера или

углом nолной поляризации.

Двойным лучепреломлением называется способность некоторых веществ расщеплять

падающий световой луч на два луча – обыкновенный (о) и необыкновенный (е),

которые распространяются в различных направлениях с разной фазовой скоростью и

поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях.



























3) Поляроиды и поляризационные призмы. Закон Маллюса. Искусственная оптическая

анизотропия.

Поляризаторы – приспособления для получения, обнаружения и анализа

поляризованного света, а также для исследований и измерений, основанных на

явлении поляризации. Их типичными представителями являются поляризационные

призмы и поляроиды.

Поляризационные призмы делятся на два класса:

1) дающие один плоскополяризованный пучок лучей – однолучевые поляризационные

призмы;

2) дающие два пучка лучей, поляризованных во взаимно перпендикулярных

плоскостях, – двулучевые поляризационные призмы.

Интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды колебаний, поэтому

интенсивность плоскополяризованного света, прошедшего через анализатор, равна



где I0–интенсивность плоско поляризованного света, падающего на анализатор;

I – интенсивность света, вышедшего из анализатора.





































4. Интерференция света. Когерентность и монохроматичность световых волн.



Возьмем 2 гармони¬ческихколеб-я оди¬наковой частоты:

Колеб-е, полученное при сложении: (1)

Выражение (1) по¬казывает, что апли¬туда(А) результи¬рующего колеб-я не равна

сумме A-д складывающихся кол-й, а может быть < или >, в зав-ти от разности фаз.

Если она равна ,то , если ,то . Следо¬вательно, при сложении 2-х кол-й

одного периода, различают 2 случая: 1) Разность фаз кол-й остается неизмен¬ной

за время, доста¬точное для наблю¬дения. Средняя энергия (СЭ) ре¬зульт-гокол-я

отли¬чается от суммы СЭ складываемых кол-й и может быть < или > в зав-ти от

разно¬сти фаз. В этом слу¬чае кол-я наз-ся К-ми; сложение кол-й , при которых

нет суммирования ин¬тенсивности наз-ся интерференцией кол-й ; 2) Разность фаз

кол-й беспоря¬дочно меняется за время наблюдения, СЭ результ-го кол-я = сумме СЭ

исход¬ных кол-й. Кол-я в этом случае наз-сянеког-ми. При их сложении всегда

на¬блюдается сумми¬рование интенсив¬ностей, т.е. интер¬ференции нет.

Когерентные колебанияя можно получить искусст¬венно с помощью оптических

кванто¬вых генераторов света. Используя из¬лучение одного атома или группы

атомов, можно по¬лучить кол-я, близ¬кие к ког-м по своим св-вам. Впервые -

Френель; излучение группы атомов раз¬делилось на 2 по¬тока отражением от зеркал

– бизеркало Френеля. Кроме него - билинза, би¬призма.





























5. Расчёт интерфе¬ренционной кар¬тины от двух когерентных источ¬ников.

Оптическая длина пути. Условие максимумов и минимумов при интерференфии.

В основе расчёта всех интерференци¬онных схем лежит общая интерференци¬онная

схема (опыт Юнга). В нём имеется источник света, экран с отверстиями. Коле¬бания

от источника попадают в ответстия.





Интенсивность:

I~4a²cos²(π(d2-d1)/λ--φ/2)

или ; где - разность фаз.

Если начальные фазы одинаковы, то есть =0 и I двух интер¬ференционных волн

~4а2cos2(πm); целым значениям m соответствуют различия по фазе на 2 πm и I~4а2

При m – полуцелом, фазы складываю¬щихся колебаний противоположны и интенсивность

равна 0.

Разность хода лучей:



max:

, m=0,1,2…

min:

, m=1,2,3…

















6) Интерференция тонких пленок. Полосы равного наклона и равной толщины



-угол падения

- угол преломления

На участке А1С хода луча 2 в ваккуме оптическая длина его пути равна

С учётом этого для рассчёта интерференции можно положить длину волны в среде

равного

На участке АВС хода луча 1 в среде с показателем преломления n оптическая длина

его пути равна S=2*АВ*n. При отражении от оптически более плотной среды

происходит скачок фазы на 180 т е «потеря полуволны» . С учётом этого полная

разность хода (или оптическая разность хода )лучей 1 и 2 составит

Пр будет происходить максимум интерференции

При (0,1,2…) минимум

Оптическая разность хода длпроходящ через пластину волны отличается от для

отражении света на . Поэтому максимум отражения соответствует минимум прохожд

света и наоборот. Разной толщине соответствует своя разность хода. Если плёнка

имеет разную толщину, то при освещении её будет наблюдаться чередующиеся светлые

и тёмные полосы, называют полосами равной толщины . При изменении угла падения

также может наблюдаться интерференционный мин или максимум. Получающие при этом

полосы наз. полосами равного наклонения.















8. Многолучевая интерференция. Ин¬терферометры.

Явление интерфе¬ренции использу¬ется в весьма точ¬ных приборах, по¬лучивших

название интерферометры. Основными эле¬ментами являются две пластинки, на одну

из которых попадает свет от источника, на пла¬стинке Апучёк частично отража¬ется

и идёт через кювету К1. Час¬тично преломля¬ется в плоскости А, затем отражается

и проходит кювету К2 и падает на плоскость В. Затем лучи через соби¬рающую линзу

по¬падают на экран или зрительную трубу.



Это разность хода, которая возникает вследствие разно¬сти показателей

преломления.

По сдвигу интер¬ференционных по¬лос определим ве¬личины преломле¬ния

неизвестного газа :

Существует также интерферометр Майкельсона – служит для опре¬деления малых

от¬клонений и малых углов. Состоит из зеркал и плоскопа¬раллельных пла¬стин.

Одно из зер¬кал устанавлива¬ется на исследуе¬мый объект. Ин¬терферометр

ака¬демика Линника используется в за¬водских лаборато¬риях для определе¬ния

качества обра¬ботки поверхности до 7-8 класса (гру¬бые поверхности –

механическая об¬работка).





































9. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля (мат. выражение)

Дифракцией света называется совокупность явлений, наблюдаемых при

распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с

отклонениями от законов геометрической оптики. Первое волновое объяснение

дифракции было основано на принципе Гюйгенса. Согласно принципу Гюйгенса –

каждая точка волнового фронта является источник элементарных вторичных

сферических волн. Поверхность, огибающая эти вторичных волны, является

положением фронта волны в следующий момент времени. Данное объяснение дифракции

не вполне корректно, так как исходя из него не должно, вообще, существовать тени

от предметов. Поэтому этот принцип был дополнен Френелем.

Принцип Гюйгенса-Френеля – каждая точка волнового фронта является источник

вторичных когерентных сферических волн. Интерференция этих вторичных волн дает

положения волнового вронта в следующий момент времени.







Рис.1

Каждый элемент dS волновой поверхности S служит источником вторичной

сферической волны, амплитуда которой пропорциональна площади элемента dS.

Результирующее колебание в произвольной точке Р, лежащей вне фронта волны,

определяется как результат интерференции вторичных волн, излучаемых всеми

элементами dS.

Следовательно, от каждого участка dS волновой поверхности S в точку Р приходит

колебание , (1)где  t+0 – фаза колебания в месте

расположения волновой поверхности, k=2 / – волновое число, А0 – амплитуда

колебания в том месте, где находится dS, f() – коэффициент, зависящий от угла 

между нормалью к dS и направлением от dS к точке Р (радиус-вектором ), dSn –

проекция площадки dS на плоскость перпендикулярную вектору r. При  = 0 этот

коэффициент максимален, при  = /2 обращается в нуль.Результирующее колебание в

точке Р представляет собой сумму колебаний (1), создаваемых всей волновой

поверхностью S:

. (2)



Эта формула является аналитическим выражением принципа Гюйгенса-Френеля.







10. Дифракция Френеля на круглом отверстии. Зоны Френеля.

С помощью принципа Гюйг-Френ можно обосновать прямолинейность распространения

света в однород.среде.Пусть S0-точечный источник монохром-го света, М-точка

наблюд. В качестве вспомогат.поверх. S возьмем волновую поверх.радиуса R.



Разобьем поверх. S на небольшие по площ. Кольцевые участки,назыв.-е зонами

Френеля.Колебания,возбуждаемые в т.М 2мя соседними зонами противоположны по

фазе,так что разность хода от сходственных точек этих зон точки

М=ƛ/2.Следов.результ.-я амплитуда колеб-й А=А1-А2+А3-А4+…+Аi,гдеАi-

амплит.колеб,возбужд.-х в т.М вторичными источниками,находящ-ся в пределах одной

i-й зоны.Еслисложить,торезультир.-я амплит.колеб. А А1/2.Т.к.результир-е

действие всего открыт.волнового фронта=половине действ.1-й

центр.зоныФренеля,радиус которой очень мал.Поэтому можно считать,что свет

распростран.из S0 в т.М-прямолин.Правомерность деления волнового фронта на зоны

Френ. Подтверждена эксперимент.Так если на пути монохромат-го света от источн.S0

поставить экран,завкрыв-й все зоны Френ.для точки набл.М,кроме 1-й,то

амплит.иинтенсив.света в т.М увеличиться соотв в 2 и 4 раза по сравнению с их

знач-м в отсутств.экрана.Значит.большего усиления интенсивности света в т.М

можно достигнуть с помощью зонной пластинки,представл.-й собой

стеклян.пластинку,наповерхн.котор.нанесенонепрозрач.покрытие в виде

колец,закрыв-х только четные зоны Френ.Зонная пластинка действ.на свет подобно

собир-й линзе.





































11. Дифракция Фраунгофера на щели.

Пусть плоская монохромат.волна падает нормально плоскости узкой длинной щели

шириной а.Разобьем открытую часть волновой поверх.на зоны Френ.,имеющие вид

полос.Ширина каждой зоны выбир.так,чтобы разность хода от краев этих зон

была=ƛ/2.Оптическая разность хода 2х крайних лучей:



Тогда на ширине щели уместится ƛ/2 зон,кол-во которых зависит от величины угла

.От числа зон Френ зависит результ.наложения всех вторичных волн.При

интерференц.света от кажд.пары соседних зон Френ амплитуда результир-

хколебаний=0.Поскольку они взаимно гасят друг друга.Поэтому если число зон

Френчетное,то:



Наблюд.дифракцион.минимум.т.е.темнота

Если число зон Френнечетное,то:

(m=1,2,3…)

Наблюд.дифракцион.максимум,соотв-й действ-ю одной нескомпенсированной зоны.

При щель представ собой одну зону Френ и свет распростран с наиб-й интенсивн.В

центре наблюд.центр-й дифракц. макс-м.Интенсивность света в центральном и

последнем максимумах относятся как 1:0,047:0,017:0,083:…,т.е. основн часть

энергии сосредоточена в центр-м максимуме





























12. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке

Дифракционная решетка (одномерная) это система параллельных щелей (штрихов)

равной толщины, лежащих в одной плоскости и разделенных равными по ширине

непрозрачными промежутками. Постоянной (или периодом) дифракционной решетки

называется расстояние равное сумме ширины щели а и непрозрачного промежутка b

между щелями,

d = a + b .

Дифракционная картина на решетке определяется как результат взаимной

интерференции волн, идущих от всех щелей, т. е. осуществляется многолучевая

интерференция когерентных дифрагированных пучков света, идущих от всех щелей.



















































13. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Закон Киргофа.

Абсолют черное называется тело, которое полностью поглащает все падающие на

него излучения

аν= аν^*=1

Прим абсолютчерн тело явл полость с небольш отверст

Если аν<1 и не завис от частоты,то такое тело наз серым

аν^сер=а^сер

Отношен испускат-ой способн тела к его поглощат способности не завис от природы

тела и = испускатспособнабсолютчерн тела rν^* при тех же знач темпер и частоты

rν/ аν= rν^*=f(ν,T)

Что выраж собой з-н Киргофа.Из него след:

Rэ^сер=а^серRэ^*

Rэ^*-энергетич светимость абсолютчерн тела при тойже темпер.

Эксперментальн кривые зависимости испускательной способности абсолютчерн тела от

частоты имеют вид

При повыш темпер максимум rν^*смещается в сторону больших частот в соотвествии с

з-ом



Кот наз з-ом смещен Вина, в=2,9*10^-3(мК)































14. Законы теплового излучения

Основной закон теплового излучения Планка устанавливает зависимость

испускательной способности тела R от длины волны λ и температуры тела T.

Закон смещения Вина. Длина волны max, соответствующая максимальной спектральной

плотности излучательности АЧТ, обратно пропорциональная температуре:max =

2.9/T, где C - постоянная.

Закон Стефана-Больцмана. Излучательность АЧТ, т.е. полная мощность излучения с

единичной площади, пропорциональна четвертой степени температуры: R=σT4, где σ -

постоянная Стефана-Больцмана.

В теории теплового излучения часто пользуются идеализированной моделью реальных

тел – понятием "серое тело". Тело называется "серым", если его коэффициент

поглощения одинаков для всех частот и зависит только от температуры материала и

состояния его поверхности. В действительности реальное физическое тело по своим

характеристикам приближается к серому телу только в узком диапазоне частот

излучения.

Закон теплового излучения Кирхгофа. Отношение спектральной плотности

энергетической светимости тела к его монохроматическому коэффициенту поглощения

не зависит от материала тела (т. е одинаково для всех тел) и равно спектральной

плотности энергетической светимости абсолютно черного тела. Данная величина

является функцией только температуры и частоты излучения.



































15. Квантовая гипотеза и формула Планка. Вывод законов Стефана-Больцмана и Вина

из формулы Планка. Ультрафиолетовая катастрофа.

Ультрафиоле́товая катастро́фа — полная мощность теплового излучения любого

нагретого тела должна быть бесконечной.

Гипотеза Планка (1900 г.): вещество не может испускать и поглощать энергию

излучения иначе как конечными порциями (квантами),пропорциональными частоте

этого излучения. Энергия кванта равна



где h = 6.62 ⋅10−34 Дж ⋅с – постоянная Планка; ν – частота излучения.



16. Оптическая пирометрия.

ПИРОМЕТРИЯ ОПТИЧЕСКАЯ (от греч.руr - огонь и metreo - измеряю) - совокупность

оптических (бесконтактных) методов измерения темп-ры. Почти все оптич. методы

основаны на измерении интенсивности теплового излучения (иногда - поглощения)

тел. Интенсивность теплового излучения резко убывает с уменьшением темы-ры Т

тел, поэтому методы П. о. применяют для измерения относительно высоких темп-р.

При Т 1000 °С они играют второстепенную роль, но при Т > 1000 °С становятся

основными, а при Т > 3000 °С - практически единств.методами измерения Т.























































17. Электронная теория дисперсии

Для объяснения дисперсии света, т. е. зависимости n(ω), необ-

ходимо обратиться к атомистическим представлениям вещества.

Согласно классической электронной теории, дисперсия света –

результат взаимодействия электромагнитных волн с заряженными

частицами вещества (электронов и ионов), совершающими вынуж-

денные колебания в переменном электромагнитном поле волны.

В изотропной немагнитной (µ ≈1) среде: Из электростатики диэлектриков

известно, что диэлектрическая

восприимчивость κ вещества связана с диэлектрическойпроницае-

мость ε: где κ–диэлектрическая восприимчивость; P = κε0 E – мгновенное

значение поляризованности, т. е. дипольный момент единицы объема;

0 ε –электрическая постоянная, E(t) = E cosωt 0 – напряженность элек-

трического поля световой волны; ω – частота вынуждающей силы)



































18+19. Область нормальной дисперсии. Область аномальной дисперсии

дисперсия света – это зависимость показателя преломления вещества от частоты

световой волны . Эта зависимость не линейная и не монотонная. Области значения

ν, в которых соответствуют нормальной дисперсии света (с ростом частоты ν

показатель преломления n увеличивается).

dn/dv>0

Нормальная дисперсия наблюдается у веществ, прозрачных для света. Например,

обычное стекло прозрачно для видимого света, и в этой области частот наблюдается

нормальная дисперсия света в стекле. На основе явления нормальной дисперсии

основано «разложение» света стеклянной призмой монохроматоров.

Дисперсия называется аномальной, если

dn/dv<0

т.е. с ростом частоты ν показатель преломления n уменьшается. Аномальная

дисперсия наблюдается в областях частот, соответствующих полосам интенсивного

поглощения света в данной среде. Например, у обычного стекла в инфракрасной и

ультрафиолетовой частях спектра наблюдается аномальная дисперсия.





































20. Внешний фотоэффект. Его законы.

Внешний фотоэффект – это испускание электронов вещ-вом под действием

электромагнитного излучения.

Установка для изучения фотоэффекта в металлах состоит из катода и анода,

помещенного в стеклянную колбу. Между катодом и анодом создавалась разность

потенциалов. Катод освещался светом через анод Д. Электроны испущенные из

фотокатода в следствии фотоэффекта перемещ. под действием электрического поля к

аноду А. в результате в цепи анода течет ток.

Законы фотоэффекта.

1. при неизменном спектральном составе света, фототок насыщения пропорционален

падающему на фотокатод световому потоку I-A

2. для данного фотокатода max начальная скорость фотоэлектронов зависит от

частоты света и не зависит от его интенсивности.

3. Для каждого фотокатода существует красная граница фотоэффекта зависящая от

материала фотокатода и соответствует его поверхности.

4. фотоэффект безынерционен, т.е. испускание фотоэлектронов начинается сразу же,

как только на фотокатод попадает свет необходимой частоты.

На явлении фотоэффекта основано действие фотоэлементов: включение и выключение

света.



































21. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Многофотонный фотоэффект.

Кинетическая энергия электрона будет max, если E=0. В этом случае должен

выполнятся закон сохранения энергии(формула Эйнштейна для фотоэффекта)

A – работа выхода электрона, показыв какую энергию нужно сообщить электрону,

чтобы он покинул пределы атома, т.е. стал свободным.

Работа выхода электрона зависит от материала катода и соотв. его поверхности, в

частности, наличие на ней окислов.

Из формулы Эйнштейна следует, что когда работа выхода превышает энергию,

электроны не могут покинуть металл.

Многофотонный фотоэффект - фотоэффект, при котором изменение электропроводности,

возникновение эдс или эмиссия электронов происходят вследствие поглощения

электроном вещества двух или более фотонов в одном элементарном акте.











































22. Масса и импульс фотона.

Развитие гипотезы Планка привело к созданию представлений о квантовых свойствах

света. Кванты света получили название фотонов. Из общих принципов теории

относительности вытекает:

1) масса фотона равна нулю (они не существуют в состоянии покоя);

2) фотон движется всегда со скоростью света c.

Энергия фотона определяется по формуле E = hν . Часто используется и другое

выражение для энергии фотона



ω= 2πν

Согласно специальной теории относительности импульс безмассовой частицы равен



где h = h / 2π, k = 2 π / λ – волновое число.

































23. Эффект Комптона и его теория



Излучение с длиной волны направлено слева направо. После взаимодействия с

электроном оно меняет длину волны на , а направление на угол относительно

первоначального направления. Стрелкой указано направление движения электрона, с

которым провзаимодействовал фотон.

При рассеяниифотона на покоящемся электроне частоты фотона и (до и после

рассеяния соответственно) связаны соотношением:

где — угол рассеяния (угол между направлениями распространения фотона до и

после рассеяния).Перейдя к длинам волн:

где — комптоновская длина волныэлектрона, равная м.

Уменьшение энергии фотона в результате комптоновского рассеяния

называетсякомптоновским сдвигом. Объяснение эффекта Комптона в рамках

классической электродинамики невозможно, так как рассеяние электромагнитной

волны на заряде (томсоновское рассеяние) не меняет её частоты.Эффект Комптона

подтверждает существование фотонов.Закон сохранения энергии в случае эффекта

Комптона можно записать следующим образом[1]:

где — релятивистская масса электрона, выражаемая через его скорость

следующей формулой:

























24. Теория атома водорода по Бору

Первый постулат (постулат стационарных состояний): в атоме электроны могут

двигаться только по определенным, так называемым разрешенным, или стационарным,

круговым орбитам, на которых они, несмотря на наличие у них ускорения, не

излучают электромагнитных волн (поэтому эти орбиты названы стационарными).

Электрон на каждой стационарной орбите обладает определенной энергией En.

Второй постулат (правило частот): атом излучает или поглощает квант

электромагнитной энергии при переходе электрона с одной стационарной орбиты на

другую:

hv = E1 – E2,

где E1 и E2 – энергия электрона соответственно до и после перехода.

При E1 > E2 происходит излучение кванта (переход атома из одного состояния с

большей энергией в состояние с меньшей энергией, то есть переход электрона с

любой дальней на любую ближнюю от ядра орбиту); при E1 < E2 – поглощение кванта

(переход атома в состояние с большей энергией, то есть переход электрона на

более удаленную от ядра орбиту).

Будучи уверенным, что постоянная Планка должна играть основную роль в теории

атома, Бор ввел третий постулат (правило квантования): на стационарных орбитах

момент импульса электрона Ln= menrn

menrn = nh, n = 1, 2, 3, …,

где = 1,05 • 10-34 е = 9,1 • 10-31 кг – масса электрона; rп n – скорость

электрона на этой орбите.

































25. Нахождение радиуса стационарной орбиты



Правило квантования орбит позволяет определить радиусы стационарных орбит:



mvnrn = nh'



где n = 1, 2, 3…, m – масса электрона, rn – радиус n-ой орбиты, vn – скорость

электрона на этой орбите.

Число n – положительное число, которое называется главное квантовое число.

Величина (mvn)rn – момент импульса электрона.

h' – это величина, которая равна:



h' = h/2π = 1,05445887•10-34 Дж•с



где h – постоянная Планка.





***GM/R² = v²/R = (2πR/T)²/R



R³ = GMT²/4π²



































26. Нахождение энергии излучения водородоподобных атомов. Постоянная Ридберга.

Постоянная Ридберга — величина, введённая Ридбергом, входящая в уравнение для

уровней энергии и спектральных линий.

Постоянная Ридберга обозначается как . Эта постоянная была введена Йоханнесом

Робертом Ридбергом в 1890 при изучении спектров излучения атомов.

Если считать массу ядра атома бесконечно большой по сравнению с массой электрона

(то есть считать, что ядро неподвижно), то постоянная Ридберга для частоты в Гц

будет определяться как



в системе СГС, где и — масса и заряд электрона, — скорость света, а —

постоянная Дирака или приведённая постоянная Планка.













































27. Атом водорода в квантовой механике. Квантовые числа. Правила отбора.

Потенциальная энергия взаимодействия электрона с ядром, обладающим зарядом Ze

(для атома водорода Z= 1),



где r - расстояние между электроном и ядром. Графически функция U(r) изображена

жирной кривой на рис. 302. U(r) с уменьшением г (при приближении электрона к

ядру) неограниченно убывает.

Состояние электрона в атоме водорода описывается волновой функцией ,

удовлетворяющей стационарному уравнению Шредингера, учитывающему значение

(223.1):



Квантовые числа. В квантовой механике доказывается, что уравнению Шредингера

(223.2) удовлетворяют собственные функции Y (r, в, <р), определяемые тремя

квантовыми числами: главным л, орбитальным / и магнитным /и/.

Главное квантовое число л, согласно, определяет энергетические уровни электрона

в атоме и может принимать любые целочисленные значения начиная с единицы:



Из решения уравнения Шредингера вытекает, что момент импульса (механический

орбитальный момент) электрона квантуется, т. е. не может быть произвольным, а

принимает дискретные значения, определяемые формулой



В квантовой механике вводятся правила отбора, ограничивающие число возможных

переходов электронов в атоме, связанных с испусканием и поглощением света.

Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что для дипольного

излучения электрона, движущегося в центрально-симметричном поле ядра, могут

осуществляться только такие переходы, для которых: 1) изменение орбитального

квантового числа D l удовлетворяет условию



2) изменение магнитного квантового числа Am/ удовлетворяет условию



В оптических спектрах указанные правила отбора в основном выполняются. Однако в

принципе могут наблюдаться и слабые «запрещенные» линии, например возникающие

при переходах с Dl = 2. Появление этих линий объясняется тем, что строгая

теория, запрещая дипольные переходы, разрешает переходы, соответствующие

излучению более сложных систем зарядов, например квадруполей. Вероятность же

квадрупольных переходов (переходы с Dl= 2) во много раз меньше вероятности

дипольных переходов, поэтому «запрещенные» линии и являются слабыми.





28. Спин электрона. Спиновые квантовые числа. Опыты Штерна и Герлаха.

Спин — собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую

природу и не связанный с перемещением частицы как целого.



Из общих выводов квантовой механики следует, что спин должен быть квантован:

L=h*(s*(s+1))^1/2 , где s – спиновое квантовое число.



Проекция спинового магнитного момента электрона на направление внешнего

магнитного поля:

P=мю_в=eh/2m=e/m=L

.

Отношение P/L=-e/m_e=y – спиновое гиромагнитное отношение.











































29. Принцип неразличимости тождественных частиц. Фермионы и бозоны.



Пусть квантово-механическая система состоит из одинаковых частиц, например

электронов. Все электроны имеют одинаковые физические свойства — массу,

электрический заряд, спин и другие внутренние. Такие частицы называют

тождественными.

Принцип неразличимости тождественных частиц можно записать в виде



где x1 и х2 — соответственно совокупность пространственных и спиновых координат

первой и второй частиц. Из выражения (226.1) вытекает, что возможны два случая:



т. е. принцип неразличимости тождественных частиц ведет к определенному свойству

симметрии волновой функции.

Частицы с полуцелым спином (например, электроны, протоны, нейтроны) описываются

ан¬тисимметричными волновыми функциями и подчиняются статистике Ферми — Дирака;

эти частицы называются фермионами. Частицы с нулевым или целочисленным спином

(например, p-мезоны, фотоны) описываются симметричными волновыми функ¬циями и

подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна; эти частицы называются бозонами.

































30. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям



Формулировка: в системе одинаковых фермионов любые два из них не могут

одновременно находится в одном и том же состоянии.

Z (n, l, , ) = 0 или 1,

Максимальное число электронов, находящихся в состояниях, описываемых набором

трех квантовых чисел n, l и m, и отличающихся только ориентацией спинов

электронов равно: Z2(n,l,m)=2 ибо спиновое квантовое число может принимать

лишь два значения 1/2 и –1/2.

Максимальное число электронов, находящихся в состояниях, определяемых

двумя квантовыми числами n и l: Z3(n,l)=2(2l+1)

Максимальное число электронов, находящихся в состояниях, определяемых значением

главного квантового числа n, равно: Z(n)=сумма от i=0 до n=1 (2(2l+1))=2n^2















































31. Спекрты атомов и молекул.

Состояние микрочастицы описывается в квантовой ме¬ханике волновой функцией ψ.

Она является функцией координат и времени. Квадрат модуля волновой функции

определяет вероятность dP того, что частица будет обнаружена в пределах объема

dV:



. (1.1)



Волновая функция может быть найдена путем решения уравнения Шрёдингера:



. (1.2)



Здесь Δ – оператор Лапласа ( ); U –потенциальная энергия частицы.



Оптические спектры, возникающие при переходах слабее всего связанных с ядром

оптических (валентных) электронов, лежат в видимой и ультрафиолетовой областях.

Схема энергетических уровней внешней электронной оболочки многоэлектронных

атомов гораздо сложнее, чем у водородоподобных атомов. Поэтому оптические

спектры атомов чрезвычайно сложны.

Если в начальном или конечном состоянии квантовое число результирующего момента

атома равно J=0, переход с излучением или поглощением возможен лишь при

изменении J на единицу:



Δ^ J=±1.



Если начальный и конечный момент атома при переходе не равны 0, возможны

переходы



ΔJ=0; ±1 (при Jнач.≠0 или Jкон.≠0).























32. Комбинационное рассеяние света.



Комбинационное рассеяние света (эффект Рамана) — неупругое рассеяние оптического

излучения на молекулах вещества (твёрдого, жидкого или газообразного),

сопровождающееся заметным изменением частотыизлучения.

Это излучение и является рассеянием. Выражение для интенсивности излучения имеет

вид



где — индуцированный дипольный момент, определяемый как



















































33. Спонтанное и вынужденное излучение



переход электрона в атоме с верхнего энергетического уровня на нижний и

сопровождающее этот акт излучение могут происходить также под влиянием внешнего

электромагнитного поля. Такое излучение называют вынужденным.

hν=W2−W1, с фотоном hν, .. Особенностью индуцированного излучения является

то, что оно монохроматично и когерентно.







Спонтанное излучение:

hν31=W3−W1,

hν32=W3−W2.





























34. Рубиновый лазер

Рабочее тело Длина волны Источник накачки Применение

Рубиновый лазер

694,3 нм Импульсная лампа Голография, удаление татуировок. Первый

представленный тип лазера (1960).





Рубин остается, несомненно, наиболее широкоиспользуемым материалом для

твердотельных лазеров, применяемых в голографии, главным образом из-за большой

энергии выходного излучения и его длины волны. Стержень рубинового лазера

изготовляется из искусственного сапфира.

















































35. Заряд, размер и масса атомного ядра. Состав ядра. Массовое и зарядовое число



Атомное ядро состоит из элементарных частиц - протонов и нейтронов

Протоны и нейтроны называются нуклонами

Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, где Z - зарядовое число ядра, равное

числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента в

Периодической системе элементов Менделеева. Известные в настоящее время 107

элементов таблицы Менделеева имеют зарядовые числа ядер от Z= 1 до Z= 107.

Радиус ядра задается эмпирической формулой



где R0=(1,3¸1,7) 10-15 м















































36. Дефект масс и энергия связи ядер



Запомни! Масса ядра всегда меньше суммы масс свободных нуклонов.

Дефект масс - недостаток массы ядра по сравнению с суммой масс свободных

нуклонов

Расчетная формула для дефекта масс:



где М я - масса ядра

( Z x m p + N x mn ) - сумма масс свободных нуклонов, сливающихся в ядро

Z- число протонов

mp -масса свободного протона

N - число нейтронов

mn - масса свободного нейтрона



ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ

- минимальная энергия, необходимая для расщепления ядра на свободные нуклоны;

или

- энергия, выделяющаяся при слиянии свободных нуклонов в ядро.

Расчетная формула для энергии связи:



























37. Закономерности и происхождение альфа, бета, гамма – излучение атомных ядер.



Альфа-излучение

Альфа-излучение — это поток тяжелых положительно заряженных частиц. Возникает в

результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. В

воздухе альфа-излучение проходит не более пяти сантиметров и, как правило,

полностью задерживается листом бумаги или внешним омертвевшим слоем кожи. Однако

если вещество, испускающее альфа-частицы, попадает внутрь организма с пищей или

воздухом, оно облучает внутренние органы и становится опасным.

Бета-излучение

Бета-излучение — это электроны, которые значительно меньше альфа-частиц и могут

проникать вглубь тела на несколько сантиметров. От него можно защититься тонким

листом металла, оконным стеклом и даже обычной одеждой. Попадая на незащищенные

участки тела, бета-излучение оказывает воздействие, как правило, на верхние слои

кожи. Во время аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году пожарные получили ожоги

кожи в результате очень сильного облучения бета-частицами. Если вещество,

испускающее бета-частицы, попадет в организм, оно будет облучать внутренние

ткани.

Гамма-излучение

Гамма-излучение — это фотоны, т.е. электромагнитная волна, несущая энергию. В

воздухе оно может проходить большие расстояния, постепенно теряя энергию в

результате столкновений с атомами среды. Интенсивное гамма-излучение, если от

него не защититься, может повредить не только кожу, но и внутренние ткани.

Плотные и тяжелые материалы, такие как железо и свинец, являются отличными

барьерами на пути гамма-излучения.





























38. Реакция деления ядер. Цепная ядерная реакция

Цепна́я я́дерная реа́кция — последовательность единичных ядерных реакций, каждая из

которых вызывается частицей, появившейся как продукт реакции на предыдущем шаге

последовательности. Примером цепной ядерной реакции является цепная

реакцияделения ядер тяжёлых элементов, при которой основное число актов деления

инициируется нейтронами, полученными при делении ядер в предыдущем поколении.



Ядро урана - 235 имеет форму шара. Поглотив нейтрон, ядро возбуждается и

начинает деформироваться.

Оно растягивается из стороны в сторону до тех пор, пока кулоновские силы

отталкивания между протонами не начнут преобладать над ядерными силами

притяжения. После этого ядро разрывается на две части и осколки разлетаются со

скоростью 1/30 скорости света. При делении ядра образуются еще 2 или 3 нейтрона.

Появление нейтронов объясняется тем, что число нейтронов в осколках оказывается

больше, чем это допустимо.





Имеющие огромную скорость разлетающиеся осколки тормозятся окружающей средой.

Кинетическая энергия осколков превращается во внутреннюю энергию среды, которая

нагревается.

Таким образом, деление ядер урана сопровождается выделением большого количества

энергии.