Pytania egzaminacyjne na semestr II z Fizyki
Zjawisko fotoelektryczne +
efekt Comptona +
Hipoteza de Broigla jej doświadczenie i potwierdzenie +
Zasada nieoznaczoności Heisenberga +
Model atomu według Russenforda i Bohra, serie widmowe +
Równanie Schrodingera interpretacja funkcji falowej ψ +
Cząstki w studni potencjalnej +
Efekt tunelowy +
Probabilistyczny (prawdopodobieństwo) model atomu według Schrodingera +
10. Zakaz Pauliego +
Absorpcja i emisja promieniowania(Współczynnik Einsteina) +
Emisja wymuszona lasera +
Prawo rozpadu promieniotwórczego + Promieniotwórczość naturalna i sztuczna
Reakcja syntezy jądrowej +
Podział i podstawowe właściwości ciekłych kryształów.
Cząstki elementarne +
Prawo Archimedesa i Pascalla +
Prawo Bernoulliego +
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.
(h - stała Plancka, ν- częstotliwość światła, W - praca wyj. Elektronu z metalu).
Efekt Comptona
Efekt Comptona nie da się tłumaczyć naturą falową dla promieniowania
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:
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.
p - pęd
;
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.
Zasada zachowania energii:
+
m0c2 =
+ mc2
przed po
zderzeniem zderzeniu
Zasada zachowania pędu:
Wzór Comptona na przesunięcie fali:
ze wzoru:
wzór Copmtona można zapisać:
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.
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.
E = eU
v << c - przypadek klasyczny
eU =
mv
v
c - przypadek relatywistyczny
E
m
U = 100V
= 1,22
d = Dsinα
Dsin2
= n
Dsin
= n
Dsin |
Doświadczenie Thomson'a:
Wynikiem jest obraz interferencyjny
Falowe właściwości materii ujawniają się tym bardziej im mniejsza jest masa poruszającej się cząstki.
Dwa rodzaje prędkości fali:
prędkość fazowa:
,
w =
> c - ozn. To że prędkość fali De Brogila jest dużo większa od prędkości światła.
prędkość ruchowa:
,
,
prędkość falowa zależy od częstotliwości:
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:
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.
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:
oraz długości:
Zasada nieoznaczoności (Heisenberga).
(jednoczesne określenie położenia i pędu).
gdzie
to położenie
pęd w tym samym kierunku co położenie
Zastosowania do pomiarów i pędów:
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.
- 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
= 0
Pod mikroskopem optycznym można obejrzeć tylko przedmioty o wielkości nie mniejszej niż dl. fali świetlnej
(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:)
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.
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.
, 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:
, n>m
Balmer zaobserwował kilka linii widmowych. Dla atomu wodoru spełniały warunek:
, n>2
Stała Rydberg'a -
Jeżeli
to
,
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
- masa zredukowana elektronu
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:
,
,
Zasada zachowania pędu jądro-elektron.
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:
Równanie biegunowe hiperboli
Zasada zachowania energii
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:
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.
Równanie Schrodingera, interpretacja funkcji falowej
W mechanice kwantowej podstawa jest równanie Schrodingera: mechanika klasyczna zawarta jest w mechanice kwantowej.
Równanie Schrodingera: (*)
- zespolone niemierzalne
-gęstość prawdopodobieństwa
INTERPRETACJA FIZYCZNA
Wartość prawdopodobieństwa znalezienia cząstki w elemencie przestrzeni o objętości
Funkcja falowa musi spełniać :
Jest pewne, że cząstka znajduje się gdzieś w przestrzeni:
warunek normowania funkcji
Funkcja
musi być: skończona, jednoznaczna i ciągła w całej przestrzeni
Pochodne:
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
. 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:
(*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:
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
jest ograniczona w przestrzeni i dla punktów położonych w (nieskończoności)
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 :
Cząstka w studni potencjalnej.
Energia jaką może mieć cząstka w studni potencjałów:
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
E=0 (brak skwantowania)
1) wzór na gęstość prawdopodobieństwa(ten drugi).
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.
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
Postać operatorowa równania Schrodingera:
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
oraz funkcje własne Ψ aby móc obliczyć prawdopodobieństwo znalezienia się cząstki w danym elemencie objętości
.
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.
weźmy pod uwagę dwie jednakowe cząstki
1, 2
a, b - stan kwantow
albo
Kombinacja liniowa tych funkcji:
kombinacja symetryczna
kombinacja antysymetryczna
a=b,
,
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 |
|
s |
2 |
2 |
||
L |
2 |
0 |
0 |
|
s |
2 |
8 |
||
|
|
1 |
-1,0,1 |
|
p |
6 |
|
||
M |
3 |
0 |
0 |
|
S |
2 |
18 |
||
|
|
1 |
-1,0,1 |
|
P |
6 |
|
||
|
|
2 |
-2,-1, 0,1,2 |
|
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.
Absorpcja i emisja promieniowania. (Współczynnik Eisteina).
Jeżeli atom pochłonie jon promieniowania to:
N
- l. Atomów w stanie podstawowym
N
- 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 B
m
II emisję spontaniczną niezależną od rodzaju promieniowania, scharakteryzowaną wsp. Emisji spontanicznej lub prawdopodobieństwa emisji spontanicznej A
n
m
III Emisję indukowaną (wymuszoną) tj. emisję kwantów
proporcjonalną do natężenia promieniowania padającego scharakteryzowaną wsp. Emisji indukowanej czyli prawdopodobieństwem emisji indukowanej B
Ilość atomów które w jedn. Czasie przechodzą do stanu wzbudzonego zależy od natężenia promieniowania
wg.Boltzmanna:
N
=N
- im wyższa temperatura tym więcej atomów może być w stanie wzbudzonym
I(
) =
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 B
= B
2. stosunek emisji spontanicznej do emisji indukowanej B
= B
Nn- Liczba atomów w stanie podstawowym.
Nm- Liczba atomów w stanie wzbudzonym
Absorpcja według Einsteina wyraża trzy procesy scharakteryzowane trzema współczynnikami Einsteina.
Absorpcja proporcjonalna do natężenia światła wiązki padającej scharakteryzowany współczynnik absorpcji promieniowania czyli prawdopodobieństwa absorpcji Bmn m->n.
Emisja spontaniczna nie należy od rodzaju promieniowania scharakter. Od współczynnika spontanicznej lub prawdopodobieństwa emisji spontanicznej Anm n->m
Indukowana jest emisja proporcjonalna do natężenia promieniowania padającego charakterystyki współczynnikiem emisji indukowanej prawdopodobieństwa emisji indukowanej Bnm n->m
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.
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.
wszystkie odmiany tego samego pierwiastka nazywa się IZOTOPAMI
odmiany różnych pierwiastków posiadających jednakową liczbą masową A nazywa się IZOBARAMI
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:
promieniowanie
- składające się z jąder helu
promieniowanie
- (negatonowe) elektrony i pozytony
promieniowanie
- promieniowanie elektromagnetyczne o dł. Fali rzędu 1/10
, powoduje słabą jonizację ale jest bardzo przenikliwe (niebezpieczne)
Rzadziej występuje:
promieniowanie protonowe
promieniowanie neutronowe
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 T
Jest to czas w ciągu którego połowa istniejących jąder promieniotwórczych ulega przemianie w jądra o innym stanie lub składzie energetycznym.
Prawo rozpadu promieniotwórczego:
DN = - N
dt
lnN = -
ln
N = N
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:
Muszą być zachowane:
- zasada zachowania masy A
+ A
= A
+A
zasada zachowania ładunku Z
+ Z
= Z
+ Z
14. Reakcja syntezy jądrowej
D - D
D - D
D - T
D -
He
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 10
K
Zalety reakcji termojądrowej:
Tanie paliwo
Nie ma reakcji łańcuchowych nie istnieje więc niebezpieczeństwo eksplozji
Tylko tryt jest radioaktywny
Wyzwalająca się energia jest energią plazmy i może być bezpośrednio zamieniona na energię elektryczną
Wady reakcji termojądrowej:
powstanie promieniowania neutronowego
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:
optyczne
podatności magnetycznej
współczynnik dyfuzji
współczynnik przewodnictwa
stałej dielektrycznej
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
połówkowy
(elektron, proton, neutron)
fermiony
całkowity
(foton)
całkowity
całkowity
(foton)
bozony
(od nazwiska Bose)
statystykaBosego-Einsteina)
te nie podlegają zakazowi
(od nazwiska Fermi)
statystyka Fermiego Diraca -
podlegająca zakazowi Pauliego)
Oddziaływania jądrowe:
słabe silne
leptony hadrony
(niepodzielne) (składają się z kwarków)
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 |
1/2 |
10 |
-1 |
neutrino elektronowe |
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:
Foton - cząstka przenosząca oddziaływanie elektromagnetyczne.
Leptony - cząstki nie uczestniczące w oddziaływaniu silnych.
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:
Bozony - cząstki przenoszące oddziaływania fundamentalne.
Leptony - cząstki nie uczestniczące w oddziaływaniach silnych.
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.:
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,
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.
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.
P
z
z
c
p
p