Lektsia 11


Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации:

Лекция №11 Лекция №11 Корпускулярная и континуальная концепции описания природы. План: Эволюция представлений о строении атома. Спектры излучения и поглощения света.Корпускулярно – волновой дуализм.Принципы неопределенности, дополнительности, соответствия Эволюция представлений о строении атома. Спектры излучения и поглощения света.Зарождение концепции атомизма в древности (Левкипп, Демокрит, Эпикур).Изучение физико-химических свойств атома (18в.- Дальтон, 19в. – Менделеев).Открытие и изучение радиоактивности ( конец 19в.-Беккерель, Пьер и Мария Кюри)Изучение строения атома (1897 -1898г.). Первая модель атома Томсона.Планетарная модель атома Резерфорда(1911г.) Учение о строении атома неразрывно связано с учением о происхождении спектров. Различают спектры излучения и поглощения. Вещество испускает излучение, если его атомы находятся в возбужденном состоянии. Возбуждение атомов происходит в результате соударений (тепловое движение),при поглощении света, химических реакциях и т.д. Спектры могут быть:ЛинейчатыеПолосатыеНепрерывные В непрерывных спектрах представлены все длины волн. Они представляют собой сплошную разноцветную полосу. Сплошные спектры дают вещества в твердом и жидком состоянии т.к. их атомы сильно взаимодействуют между собой. Если при излучении вещество испускает свет только в определенных очень узких интервалах, то получается линейчатый спектр. Он имеет вид отдельных цветных линий, разделенных широкими темными полосами. Такие спектры дают вещества в газообразном состоянии, когда атомы практически не взаимодействуют друг с другом. Полосатый спектр состоит из отдельных полос, разделенных темными промежутками. Такой спектр дают вещества в газообразном состоянии, состоящие из молекул. Для получения спектраспектра поглощения вещество просвечивается излучением с непрерывным спектром. Установлено, что спектры излучения и поглощения идентичны. Модель атома Резерфорда не могла объяснить устойчивость атома и наличие линейчатых спектров. Классическая теория Максвелла оказалась неприменимой к внутриатомным процессам. Попытка построить новую теорию атома на основе квантовых представлений была предпринята Н.БОРОМ. В 1913г. Он предложил 2 постулата. БОР Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): в атоме существуют стационарные состояния, в которых он не излучает энергии.Второй постулат Бора (правило частот):при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается или поглощается один фотон с энергией -Частота излучения Теория БОРА блестяще объяснила линейчатые спектры водорода. Немецкие физики ФРАНК и ГЕРЦ экспериментально подтвердили существование стационарных состояний и дискретность значений энергии (1925г. – Нобелевская премия). Они изучали столкновения электрона с атомами паров и газов. Оказалось, что электрон может сталкиваться с атомами упруго и не упруго. При упругом ударе электрон отскакивает от атома, не теряя энергии. При неупругом ударе атому передается вполне определенная порция энергии. Квантовый характер излучения и поглощения энергии атомами лег в основу работы ЛАЗЕРОВ. Физической основой лазерной техники является эффект вынужденного излучения. Переходы электрона индуцируются под воздействием света, электрического разряда, химической реакции и т.д. Применяются и другие способы «накачки» активной среды, в качестве которой используются газы, жидкости, твердые тела(кристаллы). Лазерное излучение называют вынужденным, монохроматическим, когерентным(т.е согласованным). Основатели квантовой электроники – Николай БАСОВ, Александр ПРОХОРОВ, Чарльз ТАУНС (1964г. – Нобелевская премия). Условное изображение процессов (a) поглощения, (b) спонтанного испускания и (c) индуцированного испускания кванта Развитие лавинообразного процесса генерации в лазере Схема гелий-неонового лазера: 1 – стеклянная кювета со смесью гелия и неона, в которой создается высоковольтный разряд; 2 – катод; 3 – анод; 4 – глухое сферическое зеркало с пропусканием менее 0,1 %; 5 – сферическое зеркало с пропусканием 1–2 %. Теория атома РЕЗЕРФОРДА – БОРА оказалась половинчатой и внутренне противоречивой. Она не позволила построить количественную теорию более сложных атомов, чем водород. Это было связано с волновыми свойствами электрона. Теория БОРА ясно показала, что с помощью классической физики нельзя объяснить даже самые простые опыты, связанные со структурой атома. Процессы в атоме в принципе нельзя представить наглядно в виде механической модели. По мере развития квантовой механики атом все больше становился абстрактно – ненаблюдаемой суммой уравнений. 2. Корпускулярно-волновой дуализм. В 17 веке НЬЮТОН развивал корпускулярную теорию света. Нидерландский физик ГЮЙГЕНС объяснял оптические явления на основе волновой теории. Открытие дифракции света (ГРИМАЛЬДИ,1665г.) говорило в пользу волновой теории, но авторитет НЬЮТОНА был так высок, что корпускулярная теория принималась безоговорочно. Волновая теория света была вновь выдвинута в начале 19 века английским физиком ЮНГОМ и французским физиком ФРЕНЕЛЕМ. Они дали объяснение интерференции. К началу 20 века в физике утвердилась электромагнитная (волновая) теория света. Созданная МАКСВЕЛЛОМ теория поля представляла собой единую теорию электрических, магнитных и оптических явлений. В рамках классической физики вещество и поле первоначально выступают как противоположные, отдельные и независимые друг от друга. Однако некоторые явления объяснить на основе электромагнитной теории света не удалось. Это явления фотоэффекта, тепловое излучение абсолютно черного тела, атомные спектры. Тогда Макс ПЛАНК пришел к выводу, что энергия при тепловом излучении распространяется и поглощается не непрерывно, а дискретно- порциями (квантами). Макс Планк Макс Планк Энергия кванта зависит от частоты излучения: - постоянная Планка = 6,63· 10-34дж·с Эйнштейн в 1905 г. перенес идею оквантовании энергии при тепловом излучении на излучение вообще и т.о обосновал новое учение о свете (свет- поток частиц,фотонов). Эйнштейн сумел объяснить явление фотоэффекта (Нобелевская премия в 1922г.). По теории Эйнштейна следовало признать корпускулярную теорию света. Но волновая его природа была уже твердо установлена опытами по интерференции и дифракции. Т.о, все многообразие изученных свойств и законов распространения света показывает, что свет представляет собой единство противоположных свойств- корпускулярных и волновых т.е единство дискретности и непрерывности. В 1924 г. французский физик Луи де БРОЙЛЬ выдвинул идею о том, что волновые свойства, наряду с корпускулярными, присущи всем видам материи: электронам, протонам, атомам, молекулам и даже макротелам. Соотношение де БРОЙЛЯ: Оно показывает, что частице с массой m, движущейся со скоростью v, соответствует волна длиной λ (взаимопревращение вещества и поля). Луи де Бройль Соотношение справедливо для частиц любой природы т.е дуализм- общее свойство материи, но проявляется только у микрообъектов. В 1927 году была обнаружена дифракция электронов, в дальнейшем нейтронов, атомов и даже молекул. Опытные результаты полностью подтверждали гипотезу де БРОЙЛЯ. Т.о, в начале 20 века разрушилось классическое представление о веществе и поле как двух качественно своеобразных видах материи. Оказалось, что ФИЗИЧЕСКАЯ РЕАЛЬНОСТЬ ЕДИНА, и нет пропасти между веществом и полем. В квантовой теории поля оно рассматривается не как непрерывная среда, а как совокупность виртуальных частиц. 3. Принципы неопределенности, дополнительности, соответствия. 14 декабря 1900г. – день опубликования Планком формулы считается днем рождения квантовой механики. Квантовая (волновая механика) – раздел физики, описывающей движение и взаимодействие микрочастиц. Она основана на представлении о квантовании энергии, волновом характере движения микрочастиц и вероятностном методе описания микрообъектов. Учитывая двойственную природу микрочастиц, уравнения квантовой механики должны быть волновыми, но иметь дискретные решения. Австрийский физик ШРЕДИНГЕР предложил для описания квантовых явлений использовать понятие волновой функции (пси – функция). Операции с волновой функцией позволяют вычислить вероятности квантово – механических событий. Величина представляет собой вероятность нахождения частицыв объеме dV. Квантово – механическое описание микромира основывается на соотношении неопределенностей В. ГЕЙЗЕНБЕРГА и принципе дополнительности Н.БОРА. Принцип неопределенностей: Объект микромира невозможно с любой наперед заданной точностью характеризовать и координатой и скоростью: Гейзенберг Сходное соотношение связывает неточность энергии и неопределенность промежутка времени, в течение которого протекает процесс: Соотношение неопределенностей является квантовым ограничением применимости классической механики к микрообъектам. Оно помогает объяснить многие квантовые эффекты: туннельный эффект,ά-распад, механизм взаимодействия частиц и т.д. Соотношение неопределенностей есть выражение невозможности наблюдать микромир, не нарушая его. Принцип дополнительности: «Для полного описания квантово – механических явлений необходимо применять два взаимоисключающих набора классических понятий (частица- волна). Только совокупность таких понятий дает информацию об этих явлениях как целостных». Принцип дополнительности объясняют влиянием прибора на состояние микрообъекта т.к. получение экспериментальных данных об одних физических величинах неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым. Возникает неразрывная связь между объектом и субъектом. В зависимости от внешних условий микрообъект реализует разные стороны своей сущности. Принцип соответствия – утверждает преемственность физических теорий. Сформулирован Н.БОРОМ в 1923г. Все физические теории не являются абсолютно точным отображением действительности. По мере развития науки они сменяются более точными. Однако, создание новой теории не означает, что старая утрачивает свою ценность. Новая теория не может быть справедливой, если она не содержит в качестве предельного случая старую теорию, оправдавшую себя в своей области. «Теории, справедливость которых была экспериментально установлена для определенной группы явлений, с построением новой теории не отбрасываются, а сохраняют свое значение в прежней области явлений, как предельное выражение законов новых теорий». Принцип соответствия представляет собой конкретное выражение в физике диалектики соотношения абсолютной и относительной истин. Принципиальные моменты в исследовании микромира.Каждая элементарная частица обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами.Вещество может переходить в излучение.Нельзя одновременно знать и положение и скорость частиц.Квантовые частицы способны преодолеть потенциальные барьеры. 5. Квантовые явления не наглядны. Доступны лишь результаты взаимодействия микрообъектов с приборами. 6. Квантовые явления относительны к средствам их наблюдения. Влияние человека неустранимо. 7. Объекты микромира движутся со скоростями, близкими к с. Поэтому для описания их поведения требуется применение СТО. Это приводит к трансформации квантовой механики в квантовую теорию поля. Суть ее в том, что поле рассматривается не как непрерывная среда, а как совокупность виртуальных частиц.

Приложенные файлы

  • ppt 18814061
    Размер файла: 710 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий