Элементы квантовой механики Молекулярные спектры Полупроводники Ядерная физика Кинематика примеры задач

Физика. Конспекты, примеры решения задач

Гипотеза де Бройля

Гипотеза де Бройля о волновых свойствах вещества. Де Бройль, развивая представления о двойственной корпускулярно-волновой при­роде света, выдвинул гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Он предположил, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также вол­новыми свойствами. Итак, согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики - энергия Е и импульс р, а с другой - волновые характеристики - частота  и длина волны . Количественные соотношения, связывающие корпускулярные и волновые свойства частиц, такие же, как для фотонов:

 .

(11.10)

Таким образом, любой частице, обладающей импульсом, сопоставляется волновой процесс, длина волны которого определяется по формуле де Бройля:

.

(11.11)

 Продолжим рассмотрение изобарического процесса Первое начало термодинамики при изотермическом процессе

Де Бройль предложил, что каждая орбита в атоме водорода соответствует волне, распространяющейся по окружности около ядра атома. Стационарная орбита возникает в том случае, когда волна непрерывно повторяет себя после каждого оборота вокруг ядра. Другими словами, стационарная орбита соответствует круговой стоячей волне де Бройля на длине орбиты (рис. 11.9). Это явление очень похоже на стационарную картину стоячих волн в струне с закрепленными концами. В стационарном квантовом состоянии атома водорода на длине орбиты должно укладываться по идее де Бройля целое число длин волн λ, то есть

nλn = 2πrn 

(11.10)

Подставляя в это соотношение длину волны де Бройля λ = h / p, где p = meυ – импульс электрона, получим:

 или 

(11.11)

Таким образом, боровское правило квантования (11.3) связано с волновыми свойствами электронов.



Рис.11.9. Иллюстрация идеи де Бройля возникновения стоячих волн на стационарной орбите для случая n = 4.

Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля. Вскоре гипотеза де Бройля была подтверждена экспериментально. В 1927 г. К. Дэвиссон и Л. Джермер обнару­жили, что пучок электронов, рассеивающийся от естественной дифракционной решетки - кристалла никеля,- дает отчетливую дифракционную картину. Дифракционные максимумы соответствовали формуле Вульфа – Брэггов, а брэгговская длина волны оказалась в точности равной длине волны, вычисленной по формуле (11.11).

В дальнейшем формула де Бройля была подтверждена опытами П.С. Тартаковского и Г. Томсона, наблюдавших дифракционную картину при прохождении пучка быстрых электронов (энергия == 50 кэВ) через металлическую фольгу (толщиной ≈ 1 мкм).

Впоследствии дифракционные явления обнаружили также для нейтронов, протонов, атомных и молекулярных пучков. Это окончательно послужило доказательством наличия волновых свойств микрочастиц и позволило описывать движение микрочастиц в виде волнового процесса, характеризующегося определенной длиной волны, рассчитываемой по формуле де Бройля (11.11). Открытие волновых свойств микрочастиц привело к появлению и развитию новых методов исследования структуры веществ, таких, как электронография и нейтронография, а также к возникновению новой отрасли науки - электронной оптики.

Экспериментальное доказательство наличия волновых свойств микрочастиц привело к выводу о том, что перед нами универсальное явление, общее свойство материи. Но тогда волновые свойства должны быть присущи и макро­скопическим телам. Почему же они не обнаружены экспериментально? Например, частице массой 1 г, движущейся со скоростью 1 м/с соответствует волна де Бройля с λ = 6,62 · 10-31 м. Такая длина волны лежит за пределами доступной наблюдению области. Поэтому считается, что макроскопические тела проявляют только одну сторону своих свойств - корпускулярную и не проявляют волновую.

Новые технологии в физике твердого тела. Понятие об интегральных схемах.

Заряд, размеры и масса атомного ядра. Массовое и зарядовое числа. Состав ядра. Нуклоны. Свойства и природа ядерных сил.

Дефект массы и энергия связи ядра. Цепная реакция деления ядер. Управляемые и неуправляемые ядерные реакции. Понятие о ядерной энергетике.

Реакция синтеза атомных ядер. Проблема управляемой термоядерной реакции.

Закономерности альфа-, бета-, гамма- излучений атомных ядер. Закон радиоактивного распада.

Классификация элементарных частиц и фундаментальные взаимодействия.

Идеальный газ. Уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Уравнение состояния идеального газа.

Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул. Внутренняя энергия идеального газа.

Первое начало термодинамики. Изопроцессы. Адиабатический процесс.

Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс. Цикл Карно и его КПД для идеального газа.

Второе начало термодинамики. Энтропия. Статистическое толкование второго начала термодинамики

Принцип работы холодильных установок. Тепловые насосы и кондиционеры.

Функции распределения. Распределение Максвелла для молекул идеального газа по энергиям теплового движения.

Распределение Максвелла для молекул идеального газа по скоростям. Средняя скорость теплового движения.

Распределение Больцмана. Барометрическая формула.

Явления переноса в термодинамически неравновесных системах. Опытные законы диффузии, теплопроводности и внутреннего трения.

Связь между коэффициентами переноса. Проявление процессов переноса в природе и их роль в производстве и хранении продукции.

Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса.

Жидкости. Особенности молекулярно-кинетического строения жидкостей. Ближний порядок в молекулярном строении жидкостей.

Явление поверхностного натяжения. Капиллярные методы дефектоскопии поверхности.

Фазовые переходы первого рода. Испарение, конденсация, плавление и кристаллизация. Диаграммы равновесия фаз и их практическое применение.

Статистическое описание квантовой системы. Различие между квантовомеханической и статистической вероятностью. Функции распределения Бозе

Распределение частиц с полуцелым спином. Функция распределения Ферми.

50. Модель горячей Вселенной.


Анализ электрических цепей