Pytania egzaminacyjne na semestr II z Fizyki i odpowiedzi, Pytania egzaminacyjne na semestr II z Fizyki


Pytania egzaminacyjne na semestr II z Fizyki

  1. Zjawisko fotoelektryczne +

  2. efekt Comptona +

  3. Hipoteza de Broigla jej doświadczenie i potwierdzenie +

  4. Zasada nieoznaczoności Heisenberga +

  5. Model atomu według Russenforda i Bohra, serie widmowe +

  6. Równanie Schrodingera interpretacja funkcji falowej ψ +

  7. Cząstki w studni potencjalnej +

  8. Efekt tunelowy +

  9. Probabilistyczny (prawdopodobieństwo) model atomu według Schrodingera +

10. Zakaz Pauliego +

  1. Absorpcja i emisja promieniowania(Współczynnik Einsteina) +

  2. Emisja wymuszona lasera +

  3. Prawo rozpadu promieniotwórczego + Promieniotwórczość naturalna i sztuczna

  4. Reakcja syntezy jądrowej +

  5. Podział i podstawowe właściwości ciekłych kryształów.

  6. Cząstki elementarne +

  7. Prawo Archimedesa i Pascalla +

  8. Prawo Bernoulliego +

  1. Zjawisko Fotoelektryczne

Jest to proces polegający na oddziaływaniu kwantów promieniowania elektromagnetycznego (w szczególności światła) z elektronami znajdującymi się w metalu lub półprzewodniku. W wyniku tego oddziaływania następuje emisja elektronów z metalu ( zew. Zjawisko fotoelektryczne). Lub przeniesienie elektryczne do innego pasma energetycznego ( wew. zjawisko fotoelektryczne). Maksymalna wartość energii kinetycznej elektronów emitowanych z metalu w z.f. określa równanie Eistaina dla zjawiska fotoelektrycznego. 0x01 graphic
(h - stała Plancka, ν- częstotliwość światła, W - praca wyj. Elektronu z metalu).

  1. Efekt Comptona

Efekt Comptona nie da się tłumaczyć naturą falową dla promieniowania 0x01 graphic
i rendgena. W widmie promieniowania rendgenowskiego występują fale o częstotliwości mniejszej niż fala padająca.

Występowanie dodatkowej długości fali w widmie promieniowania rozproszonego nie daje się wytłumaczyć falową naturą promieniowania.

Compton i Debye pokazali, że zjawisko da się wytłumaczyć jeśli przyjmiemy fotonowy charakter promieniowania:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

v = 0 ; dla fotonów

Foton nigdy nie spoczywa, nie istnieje pojęcie masy spoczynkowej dla fotonu. Foton zawsze porusza się z prędkością C. Masa wynika z energii fotonu.

0x01 graphic
p - pęd

0x01 graphic
; 0x01 graphic
0x01 graphic

Fotony powinny posiadać nie tylko określona energię, ale i pęd. Do takiego wniosku doszedł w 1917r. Einstein.

Zjawisko Comptona można traktować jako wynik sprężystego zderzenia fotonu z elektronem.

Chodzi tu o elektrony wewnątrzatomowe (nie na powłoce walencyjnej). Jeśli w grę wchodzą atomy lekkich pierwiastków. są stosunkowo niewielkie w porównaniu z energią twardych fotonów rendgenowskich, z którymi mamy do czynienia obserwując zjawisko Comptona. Wobec tego można zaniedbać z wystarczającym przybliżeniem en. wiązania elektronów i traktować je jako elektrony swobodne o początkowej energii = 0.

0x01 graphic

Zasada zachowania energii:

0x01 graphic
+0x01 graphic
m0c2 = 0x01 graphic
+ mc2

przed po

zderzeniem zderzeniu

Zasada zachowania pędu:

0x01 graphic

Wzór Comptona na przesunięcie fali:

0x01 graphic

0x01 graphic

ze wzoru: 0x01 graphic
0x01 graphic

wzór Copmtona można zapisać:

0x01 graphic
0x01 graphic
0x01 graphic

Rozumowanie powyższe można stosować do przypadku gdy fotony zderzają się z elektronami tak słabo związanymi z atomami, że ich energię wiązania można zaniedbać wobec dużej energii fotonu. Tylko wtedy można uważać elektrony za swobodne.

Przy zderzeniu fotonu z elektronem, który jest b. silnie związany z atomem o dużej masie, nie zachodzi wymiana pędów i energii.

Rozproszony foton ma taką samą dl. Fali jak foton padający, dlatego w rozproszonych promieniach Rendgena obserwuje się promieniowanie o niezmienionej i o zmienianej dł. fali.

  1. Hipoteza de Broglia i jej doświadczalne potwierdzenie

W 1927 roku wykazano, że poruszająca się cząstka elektryczna wykazuje właściwości falowe.

Związane są z hipotezą, że analogicznie jak światło, również cząstki elementarne mają własności korpuskularne-falowe. Potwierdziło to doświadczenie Davisona-Germera, w którym zaobserwowano dyfrakcję elektronów na monokrysztale niklu, a następnie ich interferencję.

0x08 graphic

E = eU

  1. v << c - przypadek klasyczny

eU = 0x01 graphic
mv0x01 graphic

0x01 graphic

  1. v 0x01 graphic
    c - przypadek relatywistyczny

E0x01 graphic
m0x01 graphic

0x01 graphic

0x08 graphic
U = 100V

0x01 graphic
= 1,22 0x01 graphic

d = Dsinα

Dsin20x01 graphic
= n0x01 graphic

Dsin0x01 graphic
= n0x01 graphic
0x01 graphic

Dsin0x01 graphic
= 0x01 graphic

Doświadczenie Thomson'a:

0x01 graphic

Wynikiem jest obraz interferencyjny

Falowe właściwości materii ujawniają się tym bardziej im mniejsza jest masa poruszającej się cząstki.

Dwa rodzaje prędkości fali:

0x01 graphic
, 0x01 graphic

0x01 graphic

w = 0x01 graphic
> c - ozn. To że prędkość fali De Brogila jest dużo większa od prędkości światła.

0x01 graphic
0x01 graphic
, 0x01 graphic
, 0x01 graphic

prędkość falowa zależy od częstotliwości:

0x01 graphic

0x01 graphic

Prędkość ruchu cząstek materii jest równa prędkości grupowej fali de Broglia. Cząstkę poruszającą się z prędkością v można wyobrazić sobie jako paczkę fal poruszającą się z prędkością cząstki.

Długość fali de Brogile'a λ jest zależna od pędu p cząstki:

0x01 graphic

gdzie h oznacza stałą Plancka. Udoskonaleniem pojęcia fal de Broglie'a jest funkcja falowa - podstawowe pojęcie mechaniki kwantowej.

Falowa natura materii oznacza, że wszystkie cząstki mają naturę falową (i odwrotnie) wszystkie fale mają naturę cząstkową.

0x01 graphic

1924 - Louis de Broglie postawił hipotezę, że skoro światło posiada dualną naturę, to być może i materia oprócz właściwości typowych dla cząstek, posiada właściwości falowe.

W cząstce poruszającej się ruchem jednostajnym prostoliniowym posiadającej pęd p, oraz całkowita energię E, odpowiada według de Broglia fala płaska o częstotliwości:

0x01 graphic

oraz długości:

0x01 graphic

  1. Zasada nieoznaczoności (Heisenberga).

(jednoczesne określenie położenia i pędu).

0x01 graphic

gdzie 0x01 graphic
to położenie

0x01 graphic
pęd w tym samym kierunku co położenie

Zastosowania do pomiarów i pędów:

0x01 graphic

Tak wię żadna składowa ruchu elektronu swobodnego czy też związanego nie może być określona z nieogrniczoną dokładnością.

Gdyby wyżej przytoczone iloczyny były równe zeru , a nie h , byłyby słuszne pojęcia klasyczne dotyczące cząstek i orbit.

0x01 graphic
- Nie możemy jednoznacznie z dużą dokładnością określić położenia cząstki

Niemożliwość uzyskania równoczesnej, idealnej dokładnej informacji o niektórych parach wielkości fizycznych nie wynikających z niedokładności pomiarów czy niedokładności przyrządów fizycznych, lecz jest właściwością mikrocząstek

Cząstka w spoczynku:

p = 0

0x01 graphic
= 0

0x01 graphic

Pod mikroskopem optycznym można obejrzeć tylko przedmioty o wielkości nie mniejszej niż dl. fali świetlnej

0x01 graphic

(Jeśli mamy do czynienia z małymi przedmiotami , takimi jak elektrony, stwierdzamy, że sam pomiar wprowadza istotną nieoznaczoność i że im bardziej dokładnie określimy położenie elektronu, tym mniej dokładnie możemy określić jego prędkość, i odwrotnie. Fakt ten wyraża słynna zasada nieoznaczoności Heisenberga, którą możemy zapisać w postaci:)

0x01 graphic

Zasada nieoznaczoności wyjaśnia nam jak jest możliwe to, że zarówno światło, jak materia mają dwoistą, falowo-cząstkową naturę. Pochodzi to stąd, że dwa aspekty , tak jawnie przeciwne sobie, nie mogą nigdy jednocześnie ujawnić się w tych samych warunkach doświadczalnych.

  1. Model Atomu według Bohra według Rutherford'a

MODEL ATOMU WEDŁUG BOHRA

Pierwszy postulat Bohra - atom może istnieć tylko w zupełnie określonych wyróżnionych stanach kwantowych, mianowicie w takich, w których jego moment pędu jest równy wielkości stałej Planka podzielonej przez 2π.

0x01 graphic
, n = 1,2,3,...

Atom znajdujący się w wyróżnionym stanie kwantowym nie promieniuje wbrew klasycznej elektrodynamice, jest to stan stacjonarny, w stanie tym atom posiada określoną energię.

Drugi postulat Bohra - promieniowanie towarzyszy przeskokowi elektronu z wyższego do niższego energetycznie stanu kwantowego, odwrotnie pochłanianiu promieniowania odpowiada przeskok z niższego do wyższego stanu kwantowego.

Częstość drgań emitowanego bądź pochłanianego promieniowania dane jest wzorem:

0x01 graphic
, n>m

Balmer zaobserwował kilka linii widmowych. Dla atomu wodoru spełniały warunek:

0x01 graphic
, n>2

Stała Rydberg'a - 0x01 graphic

Jeżeli 0x01 graphic
to 0x01 graphic
, 0x01 graphic

m = 1 seria Lymana, nadfiolet

m = 2 seria Balmera, nadfiolet, zakres widzialny

m = 3 seria Paschena, bliska podczerwiń

m = 4 seria Bracketa, podczerwień

m = 5 seria Pfunda, daleka podczerwień

m = 6 seria Humphreysa, bardzo daleka podczerwień

0x01 graphic

0x01 graphic
- masa zredukowana elektronu

0x01 graphic

Otrzymuje równanie takie jakby jądro było nieruchome a masa elektronu równała się masie zredukowanej μ. Dla uwzględnienia ruchu jądra należy zamiast prawdziwej masy elektronu brać masę zredukowaną:

0x01 graphic
, 0x01 graphic
, 0x01 graphic

Zasada zachowania pędu jądro-elektron.

0x01 graphic

MODEL ATOMU WEDŁUG RUTHFORD'A

Według tego modelu atom składa się z jądra w którym skupiona jest masa atomu i ładunki dodatnie oraz ujemne naładowane elektrycznie, które krążą wokół jądra po orbitach.

Częstotliwość wysyłanego przez atom promieniowania jest równe częstotliwości obiegu elektronu po orbicie.

Najmniejsza odległość na którą może się zbliżyć cząsteczka do jądra:

0x01 graphic

Równanie biegunowe hiperboli

0x01 graphic

Zasada zachowania energii

0x01 graphic

b - jest najmniejszą odległością na jaką może zbliżyć się do jądra cząstka α o prędkości v. Cząstka taka doznaje odchylenia o 1800 i zawraca.

Dla zderzenia centralnego p = 0 to u = 0:

0x01 graphic

Modele budowy atomu: 1. Model Rutherforta - atomy przypominają miniatury układu słonecznego, elektrony poruszają się wokół jądra: A) jądro, B) elektron. 2. Model Bohra - aby wyjaśnić stabilność atomu wprowadza pojęcie skwantowanych orbit elektronów: A) jądro, B) elektron, C) orbita elektronu. 3. Model Schrodingera - pomysł precyzyjnie określonych orbit elektronów został zastąpiony opisem obszarów przestrzeni (nazywanych orbitalami), gdzie najprawdopodobniej znajdują się elektrony: A - orbita s: elektrony znajdują się w obszarach takich jak ten. Obszar zacieniony pokazuje prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w pewnej odległości.

0x01 graphic

  1. Równanie Schrodingera, interpretacja funkcji falowej0x01 graphic

W mechanice kwantowej podstawa jest równanie Schrodingera: mechanika klasyczna zawarta jest w mechanice kwantowej.

Równanie Schrodingera: (*)

0x01 graphic

0x01 graphic
- zespolone niemierzalne

0x01 graphic
-gęstość prawdopodobieństwa

INTERPRETACJA FIZYCZNA0x01 graphic

Wartość prawdopodobieństwa znalezienia cząstki w elemencie przestrzeni o objętości 0x01 graphic

0x01 graphic

Funkcja falowa musi spełniać :

  1. Jest pewne, że cząstka znajduje się gdzieś w przestrzeni:

0x01 graphic
warunek normowania funkcji

  1. Funkcja 0x01 graphic
    musi być: skończona, jednoznaczna i ciągła w całej przestrzeni

  2. Pochodne:

0x01 graphic

muszą być skończone, jednoznaczne i ciągłe.

Komentarz:

Równania ruchu Newtona określają współrzędne cząstki jako funkcje czasu. Natomiast równanie Schrodingera określa funkcję falową cząstki jako funkcję współrzędnych i czasu. Konkretna wartość funkcji falowej zależy od warunków zewnętrznych które w równaniu (*) są uwzględniane przez podanie przebiegu energii potencjalnej U jako funkcji współrzędnych i czasu. Jeżeli znana jest postać matematyczna Ep równania (*) może być rozwiązana , a więc może być wyznaczone prawdopodobieństwo 0x01 graphic
. W szczególności gdy U=0 cząstki poruszają się w postaci równoległego strumienia ze stałą prędkością v. Rozwiązanie równania (*) w tym przypadku jest fala płaska opisana równaniem:

0x01 graphic
(*1)

Ze względu na taką postać funkcji falowej równanie (*1) nazywa się wtedy równaniem falowym. W ogólnym jednak przypadku np. przy oddziaływaniu cząstek funkcja falowa ma postać bardziej złożoną.

Równanie Schrodingera dla stanów stacjonarnych:

0x01 graphic

Zagadnienie drgań ograniczonych warunkami brzegowymi nazywa się zagadnieniem wartości brzegowych albo wartości własnych.

Równanie Schrodingera jest więc równaniem na wartości własne spełniającym dla stanów stacjonarnych atomów pewne warunki brzegowe. A zatem opisująca funkcja 0x01 graphic
jest ograniczona w przestrzeni i dla punktów położonych w (nieskończoności)0x01 graphic
musi być równa 0.

We wszystkich tych przypadkach rów. Schrodingera ma rozwiązanie dla określonych wartości własnych energii. Przez wprowadzenie operatorów i zapisanie rów. Schrodingera w postaci operatorowej , rozwiązanie tego równania sprowadza się do znalezienia wartości własnych operatorów:

Operator Hamiltona :

0x01 graphic

  1. Cząstka w studni potencjalnej.

Energia jaką może mieć cząstka w studni potencjałów:

0x01 graphic

Cząstka może się znajdować na określonych poziomach energetycznych. Jest skwantowana.

Poziomy energetyczne cząstek

Poziomy energetyczne cząstek znajdujące się w studni potencjału są bardzo rozseparowane wtedy gdy dotyczy cząstek o małej masie cząstek i szerokości porównywalnej z rozmiarami atomu. Gdy m i l są duże, wyniki mechaniki kwantowej pokrywają się z wynikami mechaniki klasycznej dla której 0x01 graphic
E=0 (brak skwantowania)

0x01 graphic

0x01 graphic

1) wzór na gęstość prawdopodobieństwa(ten drugi).

  1. Tunelowy efekt, zjawisko tunelowe.

Zjawisko kwantowe polegające na przenikaniu cząstki przez barierę potencjału (co wyklucza fizyka klasyczna). Jedno z dopuszczalnych wyjaśnień efektu tunelowego polega na odwołaniu się do zasady nieoznaczoności: pęd i energia potencjalna cząstki nie dadzą się ściśle określić w tym samym czasie, czyli możliwe są fluktuacje energii pozwalające na pokonanie bariery potencjału.

  1. Probabilistyczny model atomu według Schrodingera

Model Schrodingera - pomysł precyzyjnie określonych orbit elektronów został zastąpiony opisem obszarów przestrzeni (nazywanych orbitalami), gdzie najprawdopodobniej znajdują się elektrony: A - orbita s: elektrony znajdują się w obszarach takich jak ten. Obszar zacieniony pokazuje prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w pewnej odległości

0x01 graphic

Postać operatorowa równania Schrodingera:

0x01 graphic

jest to równanie na wartość własną :

E - wartość własna operatora Hamiltona czyli energię

Ψ - funkcja własna operatora

Rozwiązać równanie Schrodingera, tzn. znaleźć wartości własne energii E odpowiadające funkcji własnej Ψ operatora energii 0x01 graphic
oraz funkcje własne Ψ aby móc obliczyć prawdopodobieństwo znalezienia się cząstki w danym elemencie objętości 0x01 graphic
.

  1. Zakaz Pauliego.

I sformułowanie:

W atomie w określonym stanie stacjonarnym może znajdować się tylko 1 elektron. Każdy stan stacjonarny jest określony za pomocą 4 liczb kwantowych: n, l, m, s lub m, l, j, mj.

II sformułowanie:

W atomie nie może istnieć więcej niż 1 elektron o tym samym zespole liczb kwantowych. W stanie podstawowym atomu każdy elektron dąży do zajęcia najniższego z możliwych poziomów energetycznych. Stąd w atomie o większej liczbie elektronów jest tyle stanów podstawowych obsadzonych po 1 elektronie ile jest elektronów w atomie.

0x01 graphic

weźmy pod uwagę dwie jednakowe cząstki

1, 2

a, b - stan kwantow

0x01 graphic
albo 0x01 graphic

Kombinacja liniowa tych funkcji:

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic
a=b, 0x01 graphic
, 0x01 graphic

Cząstki opisywane funkcjami antysymetrycznymi nie mogą istnieć w jednym stanie kwantowym. Te cząstki podlegają zakazowi Pauliego. Stąd wniosek, że elektrony które podlegają zakazowi Pauliego muszą być opisywane funkcjami antysymetrycznymi.

Elektrony należą do grupy cząstek które nazywają się fermionami.

Fermionami są wszystkie cząstki, które mają spin cząstkowy.

Bozony to cząstki, które mają spin całkowity.

Powłoka

n

l

m

s

podpowłoka

1 ele-ment w podpowłoce

1 element w powłoce

k

1

0

0

0x01 graphic

s

2

2

L

2

0

0

0x01 graphic

s

2

8

1

-1,0,1

0x01 graphic

p

6

M

3

0

0

0x01 graphic

S

2

18

1

-1,0,1

0x01 graphic

P

6

2

-2,-1, 0,1,2

0x01 graphic

d

10

Dwie jednakowe cząstki o spinie połówkowym (tzw. Fermiony) nie mogą jednocześnie znajdować się w tym samym stanie, tzn. nie mogą mieć jednakowych wszystkich liczb kwantowych. Ponieważ elektrony mają spin połówkowy, więc na podstawie zakazu Pauliego można wyznaczyć pojemności powłok elektronowych atomu. Dla pierwszej powłoki liczby kwantowe przyjmują wartości: n=1; l=0; ms=-1/2, +1/2. Istnieją więc dla pierwszej powłoki tylko dwa zestawy liczb kwantowych różniące się od siebie: (1,0,0,-1/2) i (1,0,+1/2). Dlatego na pierwszej powłoce mogą znajdować się tylko dwa elektrony. Analogicznie można wyznaczyć pojemności elektronów następnych powłok.

  1. Absorpcja i emisja promieniowania. (Współczynnik Eisteina).

Jeżeli atom pochłonie jon promieniowania to: 0x01 graphic

N0x01 graphic
- l. Atomów w stanie podstawowym

N0x01 graphic
- l. Atomów w stanie wzbudzonym

W zjawiskach absorpcji i emisji wg. Einsteina wyróżnia się 3procesy scharakteryzowane 3 współczynnikami Einsteina:

I absorpcją proporcjonalną do natężenia światła wiązki padającej scharakteryzowanej wsp. absorpcji promieniowania czyli prawdopodobieństwem absorpcji B0x01 graphic
m0x01 graphic

0x01 graphic

II emisję spontaniczną niezależną od rodzaju promieniowania, scharakteryzowaną wsp. Emisji spontanicznej lub prawdopodobieństwa emisji spontanicznej A0x01 graphic
n0x01 graphic
m

III Emisję indukowaną (wymuszoną) tj. emisję kwantów 0x01 graphic
proporcjonalną do natężenia promieniowania padającego scharakteryzowaną wsp. Emisji indukowanej czyli prawdopodobieństwem emisji indukowanej B0x01 graphic

0x01 graphic

Ilość atomów które w jedn. Czasie przechodzą do stanu wzbudzonego zależy od natężenia promieniowania

wg.Boltzmanna:

N0x01 graphic
=N0x01 graphic
- im wyższa temperatura tym więcej atomów może być w stanie wzbudzonym

I(0x01 graphic
) = 0x01 graphic

Aby wzór ten stał się identyczny ze wz. Plancta, Einstein założył że:

1. prawdopodobieństwo emisji indukowanej ze stanu wzbudzonego, i prawdopodobieństwo absorpcji fotonów w stanie podstawowym są sobie równe B0x01 graphic
= B0x01 graphic

2. stosunek emisji spontanicznej do emisji indukowanej B0x01 graphic
= B0x01 graphic

0x01 graphic

Nn- Liczba atomów w stanie podstawowym.

Nm- Liczba atomów w stanie wzbudzonym

Absorpcja według Einsteina wyraża trzy procesy scharakteryzowane trzema współczynnikami Einsteina.

      1. Absorpcja proporcjonalna do natężenia światła wiązki padającej scharakteryzowany współczynnik absorpcji promieniowania czyli prawdopodobieństwa absorpcji Bmn m->n.

      2. Emisja spontaniczna nie należy od rodzaju promieniowania scharakter. Od współczynnika spontanicznej lub prawdopodobieństwa emisji spontanicznej Anm n->m

      3. Indukowana jest emisja proporcjonalna do natężenia promieniowania padającego charakterystyki współczynnikiem emisji indukowanej prawdopodobieństwa emisji indukowanej Bnm n->m

0x01 graphic
0x01 graphic

12. Emisja wymuszona - Laser.

E celu uzyskania emisji wymuszonej należy odwrócić istniejący w równowadze termicznej stan obsadzenia poziomów.

Można tego dokonać w dwojaki sposób:

I przez rozdzielenie atomów wzbudzonych od atomów nie wzbudzonych.

II przez wykorzystanie tzw. Stanów metatrwałych ( metastabilnych) tzn. stanów wzbudzonych o stosunkowo dł. Czasie życia.

W obu przypadkach należy doprowadzić energię z zewnątrz dla uzyskania przewagi atomów w stanie wzbudzonym.

Microwave (Light) Amplification of Stimulated Emission Of Radiation

czyli MASER lub Laser co ozn. Wymuszoną emisję promieniowania.

Zasada działania lasera opiera się na emisji spontanicznej

Inwersja obsadzeń - sytuacja w której większość atomów jest w stanie wzbudzonym a niżeli w stanie podstawowym.

Wzmocnienie światła w skutek emisji wymuszonej nazywamy akcją laserową lub mechanizmem wzmocnienia kwantowego . Światło zwykle powstaje dzięki emisji spontanicznej promieniowania charakteryzującego się zupełną przypadkowością poszczególnych aktów emisyjnych i brakiem między nimi jakiegokolwiek powiązania fazowego. Sprawia to, że promieniowanie wszelkich konwencjonalnych źródeł światła zarówno naturalnych i sztucznych stanowi nieuporządkowany zbiór niezależnych od siebie drgań elektromagnetycznych. Światło laserowe jest wytworzone w sposób zorganizowany dzięki wykorzystaniu procesów emisji wymusz.

Ich specyfikę stanowi to, że foton wymuszający emisję powoduje wypromieniowanie nowego fotonu o identycznych właściwościach, ten foton wykonuje w procesie lawinowym narastanie promieniowania nowych fotonów. Światło z lasera jest spójną wiązką monochromatyczną, ponieważ wszystkie atomy wysyłają promieniowanie w zgodnej fazie. Wyróżnia się ono niezwykle silnym natężeniem, wąskim przedziałem dł. Fali i wysokim stopniem spójności. Spójność generowanego światła czyli czasowo przestrzenne uporządkowanie tworzących ich oscylacji elektromagnetycznych stanowi najistotniejszą zaletę lasera.

Emisja wymuszona - Laser (dodatek)

Laser jest urządzeniem wytwarzającym spójną wiązkę światła tzn. takiego światła, w którym różnica faz dwóch promieni jest stała i spowodowana jedynie różnicą dróg, jakie te promieniowanie przebyło. Światło laserowe ma bardzo dużą gęstość energii.

0x08 graphic

Atomy ciała roboczego lasera C, a może nim być kryształ lub gaz, są wzbudzane impulsami światła (tzw. Pompowanie optyczne) lub wyładowaniami elektrycznymi. Urządzeniem pompującym P jest lampa błyskowa lub generator wysokiego napięcia. Wzbudzone atomy powracają do stanu podstawowego, emitując promieniowanie wymuszone przez światło wielokrotnie przechodzące przez ciało robocze po odbiciu od dwóch równoległych zwierciadeł Z. Występuje wtedy zjawisko rezonansu optycznego, w wyniku którego powstaje silna spójna wąska światła.

13. Prawo rozpadu promieniotwórczego. Promieniotwórczość naturalna i sztuczna.

Ładunek jądra - wyraża się poprzez ładunek elementarny, czyli ładunek elektronu e liczbę całkowitą Z zwaną liczbą atomową lub porządkową.

Liczba protonów definiuje właściwości danego pierwiastka.

Za odmianę tego samego pierwiastka należy uznać wszystkie jądra atomowe zawierające taką samą liczbę protonów Z mimo iż mogą się różnić liczbą neutronów.

  1. wszystkie odmiany tego samego pierwiastka nazywa się IZOTOPAMI

  2. odmiany różnych pierwiastków posiadających jednakową liczbą masową A nazywa się IZOBARAMI

  3. odmiany różnych pierwiastków zawierających jednakową liczbę neutronów w jądrze nazywa się IZOTONAMI

Jądra inaczej nazywamy nuklidem. Niektóre jądra są nietrwałe, takie jądra ulegają przemianie w inne jądra emitując przy tym promieniowanie jądrowe. Takie jądro nazywa się jądrem promieniotwórczym.

Rodzaje promieniowania jądrowego:

Rzadziej występuje:

które otrzymuje się w wyniku reakcji sztucznych.

Cykl promieniotwórczych przemian zachodzących w jądrze nazywany jest rozpadem promieniotwórczym. Jest to proces samoistny, przebiegający według określonego schematu, z szybkością charakterystyczną dla danego radionuklidu. Miernikiem szybkości zachodzących przemian jądrowych jest tzw. Okres połowicznego zaniku T0x01 graphic

Jest to czas w ciągu którego połowa istniejących jąder promieniotwórczych ulega przemianie w jądra o innym stanie lub składzie energetycznym.

Prawo rozpadu promieniotwórczego:

DN = - N0x01 graphic
dt

0x01 graphic

lnN = - 0x01 graphic

ln0x01 graphic

N = N0x01 graphic

Reakcja jądrowa i promieniowanie sztuczne.

Reakcją jądrową nazywamy sztuczną przemianą jądra x pod wpływem bombardowania. Cząstką a w wyniku której to przemiany powstają jądro y i emitowana jest cząstka b:

0x01 graphic

Muszą być zachowane:

- zasada zachowania masy A0x01 graphic
+ A0x01 graphic
= A0x01 graphic
+A0x01 graphic

14. Reakcja syntezy jądrowej

D - D 0x01 graphic

D - D 0x01 graphic

D - T 0x01 graphic

D - 0x01 graphic
He 0x01 graphic

Dla wykorzystania energii syntezy jąder do celów pokojowych można stosować tylko dające się sterować procesy. Takie procesy nazywamy kontrolowanymi reakcjami termojądrowymi. Istnieje cały szereg tego typu reakcji a na szczególną uwagę zasługują reakcje deter - tryt D - T. Ze względu na dużą wydajność energii oraz na stosunkowo niską temp. Krytyczną 100x01 graphic
K

Zalety reakcji termojądrowej:

  1. Tanie paliwo

  2. Nie ma reakcji łańcuchowych nie istnieje więc niebezpieczeństwo eksplozji

  3. Tylko tryt jest radioaktywny

  4. Wyzwalająca się energia jest energią plazmy i może być bezpośrednio zamieniona na energię elektryczną

Wady reakcji termojądrowej:

  1. powstanie promieniowania neutronowego

  2. kłopoty techniczne

15.Podział i podstawowe właściwości ciekłych kryształów

Ciekły kryształ to ciała, które wykazują dwójłomność optyczną. Wykazują własności anizotropowe kryształów optycznie jednoosiowych, przy jednoczesnym zachowaniu płynności zwykłej cieczy. Anizotropia kształtu molekuły jest warunkiem koniecznym wystąpienia fazy ciekłokrystalicznej.

Ze względu na strukturę wyróżnia się:

Ciekłe kryształy termotropowe:

kalamityczne: (molekuła wydłużona)

nematyki (uporządkowanie w 1 kierunku)

zwykłe

hiralne (cholesterolowe) do pomiaru temperatury

smektyki (uporządkowanie w 2 kierunkach)

zwykłe (A,...,M)

hiralne (C*, F*,...) posiadają właściwości ferroelektryczne -(czasy odświeżania rzędu s)

dyskotyczne: (molekuła ma kształt koła)s

nematyki (uporządkowanie w 1 kierunku)

kolumnowe (uporządkowanie w 2 kierunkach)

sanidyczne: (molekuła ma kształt deski)

nematyki

Anizotropowe właściwości kryształów:

16. Cząsteczki elementarne.

Cząstki elementarne są to najmniejsze części , z których składa się materia.

Teorie molekularne początek XVII w.

Klasyfikacja ze względu na spin (obrót wokół własnej osi):


SPIN

0x08 graphic
0x08 graphic


połówkowy

(elektron, proton, neutron)

fermiony

całkowity

(foton)

całkowity

całkowity

(foton)

bozony

(od nazwiska Bose)

statystykaBosego-Einsteina)


(od nazwiska Fermi)

podlegająca zakazowi Pauliego)

Oddziaływania jądrowe:

0x08 graphic
0x08 graphic

słabe silne

0x08 graphic
0x08 graphic

leptony hadrony

(niepodzielne) (składają się z kwarków)

0x08 graphic
0x08 graphic

fermiony bozony

(proton i neutron) (mezony-składają się z kwarek i antykwarek)

Antymateria - taka sama m ale przeciwne q.(pozyton)

Leptony

(oddziaływania słabe jądrowe)

spin

masa

ładunek

Elektron 0x01 graphic

1/2

10

-1

neutrino elektronowe0x01 graphic
νe

1/2

0(?)

0

Mion μ-

1/2

~ 200

-1

neutrino mionowe

1/2

0(?)

0

taon

1/2

~360

-1

neutrino taonowe

1/2

0(?)

0

Hadrony

Kwarki Ładunki Spin

u (up) 63 r. 2/3 1/2

d (down) 63 r. -1/3 1/2

s (strange) 77 r. -1/3 1/2

c (charm) 2/3 1/2

b (bottn) 1/2

t (top) 95 r.

Proton uud

Neutron udd

Bozony

Bozonem jest foton. W oddziaływaniu międzycząsteczkowy jest gluon.

Kwarki między sobą różnią się : mamy trzy postacie:

Liczbę nazwano kolorem: CNZ (czerwony, niebieski, zielony - (RGB)-ang.

Chromodynamika kwantowa: kwarki różnią się zapachem, leptony nie mają zapachu ani koloru.

Kwarki

(oddziaływania silne)

uc uz un

dc dz dn

sc sz sn

cc cz cn

bc bz bn

tc tz tn

(Trzy podstawowe cząstki tworzące materię elektron, kwark u, kwark d. Cząstki materii, w którym nie można określić żadnej struktury wewnętrznej i których nie można rozłożyć na elementy składowe. Tradycyjnie cząstki elementarne dzielone są na trzy grupy:

    1. Foton - cząstka przenosząca oddziaływanie elektromagnetyczne.

    2. Leptony - cząstki nie uczestniczące w oddziaływaniu silnych.

    3. Hadrony - cząstki uczestniczące w oddziaływaniach silnych.

W grupie hadronów rozróżniane są mezony i bariony. Bariony dzielone są na nukleony (proton i neutron) oraz hiperony. Obecnie uważa się, a potwierdzają to eksperymenty, że hadrony nie są cząstkami elementarnymi, al. Zbudowane są z kwarków powiązanych gluonami. Każdy mezon zbudowany jest z dwóch kwarków, natomiast każdy barion - z trzech kwarków.

Wynika stąd inny podział cząstek elementarnych:

    1. Bozony - cząstki przenoszące oddziaływania fundamentalne.

    2. Leptony - cząstki nie uczestniczące w oddziaływaniach silnych.

    3. Kwarki - cząstki uczestniczące w oddziaływaniach silnych

17. Prawo Archimedesa i Pascala.

Na ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu Fw, skierowana pionowo w górę, równa co do wartości ciężarowi cieczy wypartej przez to ciało, tzn.:

0x01 graphic

gdzie g oznacza przyspieszenie grawitacyjne, p- gęstość cieczy, Vz- objętość zanurzonej części ciała. Znak minus oznacza, że zwrot siły wyporu jest przeciwny do zwrotu przyspieszenia grawitacyjnego. Siła wyporu przyłożona jest w punkcie,

0x08 graphic

Prawo Pascala - ciśnienie zewnętrzne wywierane na ciecz rozkłada się równomiernie w całej objętości cieczy, a siła parcia nim wywołana jest zawsze prostopadła do powierzchni, na którą działa.

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x01 graphic

  1. Prawo Bernoulliego.

Dotyczy stacjonarnego przepływu nieściśliwej cieczy idealnej. Przepływ stacjonarny to taki, w którym nie ma zawirowań a prędkość cieczy w dowolnie ustalonym punkcie jest stała. Ciecz idealna pozbawiona jest lepkości, a więc w czasie przepływu nie wydziela się ciepło, natomiast nieściśliwość oznacza, że jej gęstość nie zależy od ciśnienia. Linie prądu to linie wzdłuż których poruszają się cząstki cieczy. W każdym punkcie linii prądu wektor prędkości cieczy jest do niej styczny.

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

P

0x01 graphic

z

z

c

p

p



Wyszukiwarka