17. Omów doświadczenie Francka - Hertza. Zderzenia sprężyste- są to zderzenia, podczas których zostaje spełniona zasada zachowania energii i pędu. W lampie trójelektrodowej znajdują się atomy pary rtęci. Ciśnienie pary w lampie dobiera się tak, aby na odcinku katoda - siatka doszło do co najmniej 1 zderzenia elektronów z atomami rtęci. Stałe ciśnienie sprawia, że liczba atomów par rtęci o porównywalnej energii z określonego przedziału jest przybliżeniu taka sama w każdej jednostce czasu. Między anoda a siatką przyłożone jest stałe napięcie ujemne 0,5volta, które ma zapobiegać wtórnej emisji elektronów z anody. Elektrony emitowane opuszczają katodę z prędkościami termicznymi, które można zaniedbać bo jest to ruch bezładny (nieuporządkowany). Potencjał siatki jest dodatni w stosunku do potencjału katody w wyniku czego elektrony, które gromadziły się przy katodzie i tworzyły chmurę elektronową będą uzyskiwały energię Eu=(mv2)/2=e*Us. Dzięki tej energii elektrony przemieszczane są w kierunku anody. Jeżeli elektron w chwili zderzenia ma energię mniejszą od energii wzbudzenia atomu rtęci, to występuje zderzenie sprężyste. W takim zderzeniu elektron nie zmienia swojej energii kinetycznej co do wartości lecz zmienia kierunek. Kierunek dowolnej odległości od katody wszystkie elektrony mają jednakową energię kinetyczną. Jeżeli energia jaką w chwili zderzenia ma elektron będzie równa energii wzbudzenia atomu rtęci to elektron traci ją na rzecz tego atomu- zachodzi zderzenie niesprężyste. Elektron pozbawiony energii w wyniku takiego zderzenia nie będzie mógł dotrzeć do anody , w tym samym czasie co te, które zderzyły się sprężyście. Wobec tego liczba elektronów docierających do anody będzie mniejsza co sprawi, że natężenie prądu anodowego zmaleje o pewną wartość. Przebieg doświadczenia sprowadza się do pomiaru zależności natężenia prądu anodowego Ia do zmiany napięcia siatki Us.
19. Omów falowe właściwości materii.
20. Omów zasadę nieoznaczoności Heisenberga. Iloczyn nieoznaczoności rzutu pędu cząstki na daną oś określa współ. ∆px, nieoznaczoności współrzędnej cząstki mierzonej w kierunku tej osi ∆x nie może być mniejsza od stałej Plancka. ђ=h/2П, ∆px*∆x≥ђ/:m→∆Vx∆x=ђ/m - im dokładniej określona jest prędkość cząstki w kierunku osi x tym większa jest nieoznaczoność ∆x jej współrzędnej mierzonej w tym kierunku. Wynikające z niej ograniczenia odnośnie równoczesnego określania współrzędnych współrzędnych pędu mikrocząsteczki w żadnej mierze nie zależą od dokładności używanych przyrządów pomiarowych lecz uwarunkowane są prze naturę tych cząstek.
22. Co to są orbitale atomowe. Orbital- część konfiguracyjna funkcji falowej opisująca geometryczny kształt chmury elektronu określona przez 3 liczby kwantowe. Elektrony traktuje się jako chmurę prawdopodobieństwa znalezienia ładunku elektronowego w przestrzeni wokół jądra. Ruch tak określonych elektronów wykazuje cechy kojarzące się z ruchem kuli po orbicie (ma realny moment pędu orbitalnego). Moment pędu elektronu jest kwantowany i wynosi √[l(l+1)h], gdzie orbitalna liczba kwantowa l 0,1...n-1. Na orbicie o głównej liczbie kwantowej n=1 orbitalna liczba kwantowa l=0; n=2, l=0,1 l=0(s) 1(p) 2(d) 3(f) 4(g)-orbitale atomowe.
23. Omów zjawisko absorpcji przez cząstki. Światło przechodzące przez ośrodek materii ulega osłabieniu l=l0e-μx. Osłabienie wiązki światła przechodzącego przez warstwę pochłaniającą wywołane jest przez absorpcje i rozproszenie. Energia świetlna absorbowana zamieniona zostaje na ciepło, energie chemiczną lub elektryczna. Jeżeli strumień świetlny o l0 pada na substancję to część jego energii może ulec odbiciu, rozproszeniu, absorpcji, a reszta l0=l1+l2+l3+l, -dl=μcdl, -dl/l=μcdl, ∫ll0-dl/l=∫0lμcdl, l=l0e-μcl-natężenie światła przechodzącego przez roztwór substancji absorbującej; zależy od natężenia światła padającego, stężenia, grubości warstwy i współ. absorpcji. lgl=lgl0-μcllge, lgl0/l=μcllge, lgl0/l=A- absorpcja, μlge=ε- molowy współczynnik absorpcji, A=εcl. Pod wpływem kwantów światła ulegają zmianie energie elektronów П i δ cząstki Ee, Eosc, Erot.
E1-enrgia jaką ma cząstka po pochłonięciu kwantu energii (stan wzbudzony) E1=E0+hυ. Najbardziej długofalowe pasmo absorpcji danej substancji odpowiada przejściu cząstek z E0 do E1.
25. Omów zjawisko fluorescencji cząsteczek. Fluorescencja-emisja światła wywołana przez naświetlanie. Nadwyżka promieniowania badanego ciała ponad jego promieniowanie termiczne. Widmo fluoresc. par i gazów niecałkowicie zdysocjowanych na poszczególne atomy składa się z pasm o wyraźnej strukturze liniowej i pasm ciągłych. Wg prawa Stokesa długość fali świetlnej fluoresc. Nie jest mniejsza niż dł. Fali światła pochłanianego hυe <=hυ0, gdzie υe <υ0 , λe>λ0 .
Skuteczność energetyczna o wydajności kwantowej = 100%
26. Omów zasadę działania lasera. Laser-przyrząd, którego głównym elementem jest ośrodek o ujemnym wsp. pochłaniania l=l0e-kx , k<0 . Podstawowym elementem jest kryształ sztucznego rubinu Al2O3, w którym część Al. Zastąpiono Cr. Im więcej Cr tym bardziej czerwony rubin. Przyczynę tej barwy tej barwy stanowi silne selektywne pochłanianie przez atomy Cr światła w zielono-żółtej części widma. Pochłanianiu temu towarzyszy przejście atomów Cr w stan wzbudzony. Przy przejściu w kierunku przeciwnym następuje emisja fotonów. Przy oświetlaniu rubinu światłem o długości l=5600Ả jony Cr przechodzą w wyższy poziom energetyczny. Powrót z 2 etapu. I- przejście na metastabilny poziom R bez promieniowania. Przy przejściu tym jony Cr przekazują swą energię siatce krystalicznej rubinu. Liczba jonów w stanie metastabilnym po pewnym czasie jest bardzo duża. II- przejście jonów ze stanu metastabilnego do podstawowego, przy czym zachodzi emisja 2 wąskich linii czerwonych. Przebiega ono w sposób lawinowy pod działaniem fotonów. Pręt rubinowy umieszczony w pobliżu lampy błyskowej. Światło lampy pochłaniane przez jony Cr wywołuje przejście większości tych jonów do stanu wzbudzonego. Ze stanu tego jony szybko spadają na niższy poziom metastabilny R. Dzięki długiemu czasowi życia poziomu R liczba jonów na tym poziomie rośnie. Gdy przekroczy ona liczbę jonów w stanie podstawowym następuje akcja laserowa- kwanty światła emitowane w skutek spontanicznych przejść jonów z poziomu R do podstawowego wywołują kwantową emisję wymuszoną fotonów o tej samej częstości i kierunku. Lawinowy charakter ma tylko emisja wymuszona fotonów poruszających się równolegle do osi pręta rubinowego, gdyż zwierciadła na końcach ograniczają ucieczkę fotonów. Po dostatecznym wzmocnieniu lawiny fotonów przez półprzezroczyste zwierciadło wychodzi silna wiązka promieni.
27. Jakie właściwości ma wiązka laserowa i do czego można ją stosować. Po dostatecznym wzmocnieniu lawiny fotonów przez półprzezroczyste zwierciadło wychodzi silna wiązka promieni. Fotony tej wiązki maja jednakowa częstość i tą samą fazę. Wiązka jest monochromatyczna i spójna. Moc impulsów rubinowych = 107Wata dla wiązki o przekroju 1 cm2 bardzo mała rozbieżność. Zastosowanie: świetlna lokalizacja ciał niebieskich, łączność i sterowanie lotów pojazdów kosmicznych, pomiary odległości w kosmosie. W układach optycznych służących do kartograficznych zdjęć Ziemi, sterowanie przebiegiem reakcji chemicznych, spawanie i cięcie metali. Wiązka światła jest silnie skoligowana tzn. kąt bryłowy jest bardzo mały. Wiązka powstaje między dwoma równoległymi zwierciadłami. W takich warunkach powstaje układ fal stojących z płaszczyznami węzłowymi i strzałkowymi, równoległe do zwierciadeł płaszczyzny strzałkowe są głównymi źródłami wymuszonej emisji światła. Wiązki emitowane w kierunku normalnej do zwierciadeł interferując wzmacniają się.