Kinematyka rozpadów promieniotwórczych
Główne liczby kwantowe. Podać zakres + co to jest spin.
główna n=1, 2, 3, ... określa podstawowy poziom energetyczny,
orbitalna l= 0, 1, 2, ..., n-1 określają orbitalny moment pędu elektronu
magnetyczna m.= 0, +-1, +-2, ... +-l rzut orbitalnego momentu pędu na wybrany kierunek w przestrzeni
spinowa magnetyczna m.= +- 0,5
Transformacja Lorentza. Wymienień wnioski. Opisać skrócenie długości.
4 różne mierniki temperatury. Opisać jeden z nich.
Temperatura - jedna z podstawowych w termodynamice wielkości fizycznych (parametrów stanu) [1], będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, z termodynamicznego bowiem punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.
Temperatura bezwzględna T układu złożonego z atomów jak i kilkuatomowych cząsteczek jest w teorii kinetycznej gazów określona jako średnia energia kinetyczna <E> ruchu pojedynczej cząsteczki (mierzona względem środka masy układu), przypadająca na jeden stopień swobody ruchu:
Współczynnik proporcjonalności k pomiędzy jednostkami temperatury i energii nazywany jest stałą Boltzmanna, jego
wartość liczbowa wynosi k = 1,38x10-23 J/K.
Wszystkie własności temperatury wynikają z tej definicji.
Podział termometrów ze względu na zasadę działania:
- termometr cieczowy - wykorzystuje zjawisko rozszerzalności cieplnej cieczy (przeważnie rtęci albo alkoholu):
- termometr rtęciowy - dla temperatur od -38oC (temp. topnienia rtęci) do +356oC (temp. wrzenia rtęci);
- termometr alkoholowy - dla temperatur od -70 do +120oC; np. termometr pokojowy
- termometr gazowy - czynnikiem roboczym jest gaz, mierzy się parametry gazu np. objętość. Ciśnienie się zmienia przy stałej objętości.
- termometr parowy - wykorzystuje zależność ciśnienia pary nasyconej od temperatury, stosowany często w termostatach, np. samochodowych,
- termometr oporowy - wykorzystuje zjawisko zmiany oporu elektrycznego przy zmianie temperatury, stosowanym czynnikiem jest platyna, brąz, półprzewodniki, specjalne stopy; patrz termistor,
- termopara - (termoogniwo, termoełement, ogniwo termoelektryczne) to czujnik temperatury .Składa się z dwóch różnych metali (drucików), spojonych na jednym końcu (strona pomiarowa). Pod wpływem zmiany temperatury powstaje siła elektromotoryczna zwana w tym przypadku siłą termoelektryczną na końcach niepołączonych (zimnych) proporcjonalna do różnicy temperatur pomiędzy temperaturą spoiny pomiarowej, a temperaturą spoin odniesienia (zimnych, wolnych końców). Spoina pomiarowa może znajdować się w obudowie, którą następnie instalujemy w miejscu pomiaru temperatury. Termopary odznaczają się dużą niezawodnością, dokładnością
i elastycznością konstrukcji, co pozwala na ich zastosowanie w różnych warunkach.
- termometr magnetyczny (paramagnetyczny) - do pomiaru temperatur mniejszych niż 1 kelwin.
Podział termometrów ze względu na przeznaczenie:
- termometr lekarski - zakres temperatur: od 35 do 42oC i jest to termometr temperatury maksymalnej
- termometr zaokienny - zakres temperatur: od -50 do 50oC
- termometr pokojowy - zakres temperatur: od 0 do 40oC
- termometr laboratoryjny - zakres temperatur: bardzo różny (zazwyczaj od 0 do 120oC)
Ciekłe kryształy to unikalny rodzaj cieczy, której cechą wyróżniającą jest anizotropia własności fizycznych. Anizotropia jest cechą wielu kryształów, nie występuje natomiast dla cieczy -- poza wyjątkiem ciekłych kryształów. Ciekłe kryształy mają często kilka faz w różnych zakresach temperatury, zaś w wysokiej temperaturze przechodzą w stan cieczy izotropowej. Ciekłe kryształy odkryte zostały w 1888 r. przez austriackiego botanika F. Reinitzera, który zaobserwował pod mikroskopem polaryzacyjnym istnienie cieczy wykazujących dwójłomność optyczną. Ważna cechą ciekłych kryształów jest wydłużony kształt molekuł. Pod względem struktury (sposobu ułożenia tych molekuł) ciekłe kryształy dzielimy na: nematyczne (molekuły równoległe), smektyczne (równoległe względem siebie molekuły są rozmieszczone warstwami) i cholesterolowe. Wskaźniki barwne wykonane są na bazie ciekłych kryształów, mających strukturę typu cholesterolowego. W takich kryształach molekuły rozmieszczone są warstwowo, ale w ten sposób, że ich długie osie, pozostając wzajemnie równoległe są jednocześnie równoległe do warstw. Wszystkie molekuły z warstwy następnej są skręcone o pewien stały kąt względem molekuł leżących w warstwach sąsiadujących. Wynikiem tego skręcenia jest swoista struktura śrubowa o interesujących własnościach optycznych, np. długość skoku linii śrubowej decyduje o barwie światła selektywnie odbitego. Zewnętrze oddziaływania, jak pole elektryczne, pole magnetyczne, mechaniczne naprężenia, a także zmiany temperatury mogą zmieniać skok śruby, a więc i zmieniać własności optyczne kryształów. Można tak komponować mieszaniny cholesterolowych ciekłych kryształów, aby zadana barwa światła odbitego pojawiała się w ściśle określonej temperaturze. Ponadto można dobierać zakres temperatur, w jakim barwa powinna zmienić się od np. czerwonej do fioletowej.
Funkcja falowa psi i jej fizyczna interpretacja.
Eksperymenty potwierdzające zasadę nieoznaczoności. Jeden opisać.
Doświadczenia z falami. Jedno opisać + zastosowanie.
Doświadczenie Bragga
W dośw. Bragga mamy; źródło prom. Rentgena, dwie przesłony, oraz kryształ C znajdujący się w
bańce szklanej opróżnionej z powietrza, pokrytej wew. Emulsją fotograficzną.
W dośw. Bregga promienie rentgena padają na kryształ pod katem teta (O), który tworzy promień
padający z powierzchnią kryształu. Teta to kąt odbłysku.
Kryształ C można obracać wokół osi prostopadłej do płaszczyzny rysunku. Obracając kryształ
zmieniamy kąt teta.
Okazuje się, że tylko dla pewnych kątów teta, otrzymujemy zaczerninie kliszy w postaci prążków.
A=nX, As=2dsin6 dla n=l, As-różnica dróg promieni odbitych od kolejnych płaszczyzn całkowitych.
D-odlegtość między płaszczyznami krystalicznymi w krysztale.
Wzmocnienie występuje wtedy, gdy promienie rentgena padająna kryształ pod katem 8 (teta),
spełniającym warunek Bragga. Promienie padające pod innymi kątami uelgaja całkowitemu
wygaszeniu. Ae(10-12;10-8)m.
Doświadczenie Davissona-Germera.
Uv~VTV-vl
U=10DV X=1.22A
kryształ y^j------£■ '
nlk.u 4^
■t&
licznik
(puszka Faradaya)
Elektrony emitowane przez rozgrzane włókno przyspieszane są za pomocą różnicy potencjałów U i wylatują z "działka elektronowego" mając energię kinetyczną równą eU. Wiązka elektronów pada
następnie na monokryształ niklu (C). Detektor (D) ustawiony jest pod pewnym kątem 18 i dla różnych wartości napięcia przyspieszającego U mierzone jest natężenie rozproszonej wiązki. Obecność maksimum w rozkładzie natężenia elektronów stanowi jakościowy dowód słuszności postulatu de Broglie'a. Istnienie tego maksimum można wyjaśnić jedynie jako wynik interferencji fal rozproszonych na periodycznie rozmieszczonych atomach, tworzących płaszczyzny krystaliczne monokryształu. Zjawiska tego nie da się wytłumaczyć na podstawie analizy ruchu cząstki klasycznej, lecz tylko na gruncie teorii ruchu falowego. Interferencja z jaką mamy do czynienia w omawianym doświadczeniu nie jest interferencją fal stowarzyszonych z jednym elektronem z falami stowarzyszonymi z innymi elektronami. Jest to interferencja związanych z tym samym elektronem fal ugiętych na różnych obszarach kryształu.
Prawo Bragga - Kiedy promieniowanie rentgenowskie pada na kryształ na każdym jego atomie dochodzi do dyfrakcji. Warunek Bragga zakłada odbicie od płaszczyzn na których układają się atomy kryształu. Przy znanych odległościach międzypłaszczyznowych i długości fali prawo Bragga określa kąt, pod jakim musi padać fala, aby nastąpiła interferencja konstruktywna (wzmocnienie). Oznacza to, że promienie rentgenowskie padające na kryształ dają maksima promieniowania ugiętego tylko pod pewnymi kątami padania
Doświadczenie Dauissona i Germera Elektrony emitowane z ogrzewanego włókna przyspieszane są regulowanym napięciem. Wiązka zostaje skierowana na kryształ niklu a detektor jest ustawiony pod pewnym szczególnym kątem j. Natężenie wiązki ugiętej na krysztale jest odczytywane przy różnych napięciach przyspieszających. Okazuje się, że prąd w detektorze ujawnia maksimum dyfrakcyjne przy kącie równym 50" dla U = 54 V. jeżeli skorzystamy z prawa Bragga możemy obliczymy wartość I, dla której obserwujemy maksimum w tych warunkach d - 2asm 0 Doświadczenie Thomsona Zachodzi zjawisko dyfrakcji przy bombardowaniu cienkiej folii strumieniem posiadających dużą energię elektronów. Po przejściu przez folię wiązka elektronów tworzyła na ekranie koncentryczne kręgi, przypominające bardzo wzory powstające przy naświetlaniu promieniami X powierzchni pokrytej proszkiem drobno zmielonych polikryształów (wynikiem tego typu dyfrakcji, powodowanym przez wiele przypadkowo skierowanych ziaren kryształu, są koncentrycznie położone okręgi). Przy zmianie długości fali (przez zmianę energii elektronów), Thomson obserwował proporcjonalną zmianę średnicy pierścieni. Podobnie jak dla obrazów dyfrakcyjnych powstających w sieciach krystalicznych, długość fali można obliczyć z równania Bragga znając odległość między warstwami kryształu.
Doświadczenie Sterna. Otto Stern przeprowadził dyfrakcję atomów wodoru i helu na kryształach fluorku litu i chlorku sodu (nagroda Nobla dla Sterna w 1943 roku). Dla gazu idealnego cząsteczek materiałowych o masie m będącego w równowadze termodynamicznej w temperaturze 7", najbardziej prawdopodobna prędkość cząsteczki wynosi (z rozkładu Maxwella):
Doświadczenia potwierdziły, że nie tylko elektrony, lecz wszystkie poruszające się materialne obiekty, naładowane i nienaładowane, wykazują cechy falowe w warunkach charakterystycznych dla optyki fizycznej. Stern wykonał doświadczenia, z których wynika istnienie zjawisk dyfrakcyjnych w przypadku rozpraszania wiązek atomów wodoru oraz wiązek atomów helu.
Eksperymenty te dowiodły, że fale de Broglie'a nie są tylko teoretycznymi koncepcjami, ale można je także zaobserwować w praktyce.
Podstawy energetyki jądrowej.
Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne + zastosowanie + działanie fotoogniwa