Реферат: Вопросы по физике

Виды электромагнитных излучений. Спектры излучений и иххарактеристики.

Инфракрасные лучи – это электромагнитные волны, которыеиспускает любое нагретое тело даже в том случае, когда оно нее светится.Источниками инфракрасных (тепловых) волн являются протопленная печь или батареицентрального отопления- нагретые тела. Разработаны приборы, преобразующиеинфракрасное излучение в видимое (свет).

Ультрафиолетовые лучи – это электромагнитные волны с длинойменьше, чем у фиолетового света. Они невидимы. В малых дозах оказывают целебноедействие, используются в медицине (убивают бактерии).

  Ренгеновские лучи – это невидимые глазом электромагнитныеволны, чьи длины лежат в диапазоне от ~5*10^-8 до ~5*10^-12. Они используются вмедицине, физике, химии, биологии, технике.

Обычно под спектром понимают цветные полосы, получающиеся врезультате разложения света призмой по длинам волн.

Непрерывные спектры – это такие спектры, в которыхпредставлены все длины волн. В спектре нет разрывов, можно видеть сплошнуюразноцветную полоску. Непрерывные спектры дают только тела, находящиеся втвердом или жидком состоянии.

Линейчатый спектр – в излучении представлены только отдельныечастоты. Здесь вещество испускает свет только в определенных очень узкихспектральных интервалах. Линейчатые спектры дают все вещества в газообразноматомарном состоянии. Свет излучают атомы, которые практически не взаимодействуютдруг с другом.

Полосатый спектр – спектр, состоящий из отдельных полос,разделенных темными промежутками. Каждая полоса – это совокупность большогочисла очень тесно расположенных линий. Для веществ в газообразном состоянии, ногазы должны состоять из молекул.

Спектр поглощения. Вещество просвечивается излучением снепрерывным спектром и с помощью спектра устанавливается, какие частоты исчезлив спектре после поглощения. Совокупность недостающих частот образует спектрпоглощения.

Тепловое (равновесное) излучение электромагнитных волн.Гипотеза Планка. Двойственная природа света и ее проявления.

В 1887 году Герц при освещении цинковой пластины, соединеннойсо стержнем электрометра, обнаружил явление фотоэлектрического эффекта. Споверхности металлической пластины под действием света вырываются отрицательныеэлектрические заряды. Измерение заряды и массы частиц, вырываемых светом,показало, что эти частицы – электроны. Явление испускания электронов веществомпод действием электромагнитного излучения называется фотоэффектом.Количественные закономерности фотоэффекта были установлены в 1888-1889Столетовым: 1)сила тока насыщения прямо пропорциональна интенсивностисветового излучения, падающего на поверхность тела; 2)максимальная кинетическаяэнергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и нее зависит отинтенсивности светового излучения; 3)если частота света меньше некоторойопределенной для данного вещества минимальной частоты, то фотоэффект ненаблюдается (красная граница фотоэффекта). Объяснения основных законовфотоэффекта были даны  в 1905 Эйнштейном на основании квантовых представлений.Электромагнитная теория Максвелла не смогла объяснить процессы испускания ипоглощения света, фотоэлектрического эффекта. Теория Лоренца в свою очередь несмогла объяснить многие явления, связанные с взаимодействием света с веществом,в частности вопрос о распределении энергии по длинам волн при тепловомизлучении абсолютно черного тела.

Перечисленные затруднения и противоречия были преодоленыблагодаря смелой гипотезы, высказанной в 1900 немецким физиком Планком,согласно которой излучение света происходит не непрерывно, а дискретно, то естьопределенными порциями (квантами), энергия которых определяется частотой:E=hv, где h — постоянная Планка. Теория Планка не нуждается в понятии об эфире,она объясняет тепловое излучение абсолютно черного тела.

Эйнштейн в 1905 создал квантовую теорию света: не толькоизлучение света, но и его распространение происходят в виде потока световыхквантов-фотонов.

Все многообразие изученных свойств и законов распространениясвета, его взаимодействия с веществом показывает, что свет имеет сложнуюприроду: он представляет собой единство противоположных свойств-–корпускулярного (квантового) и волнового(электромагнитного). Длительный путьразвития привел к современным представлениям о двойственной корпускулярно –волновой природе света. Свет представляет собой единство дискретности инепрерывности, что находится в полном соответствии с выводамиматериалистической диалектики.

Корпускулярно-волновой дуализм микрообъектов.Квантово-механическое описание процессов в микромире. Волны де Бройля иволновая функция.

Французский ученый Луи де Бройль (1892-1987), осознаваясуществующую в природе симметрию и развивая представления о двойственнойкорпускулярно-волновой природе света, выдвинул в 1923 гипотезу обуниверсальности корпускулярно-волнового дуализма. Он утверждал, что  не толькофотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярнымиобладают волновыми свойствами. Согласно де Бройлю, с каждым микрообъектомсвязываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики – энергия иимпульс, а с другой – волновые характеристики – частота и длина волны.

Эта формула справедлива для любой частицы с импульсом р.

Впоследствии дифракционные явления были обнаружены длянейтронов, атомных и молекулярных пучков Это окончательно послужилодоказательством наличия волновых свойств микрочастиц и позволило описывать ихдвижение в виде волнового процесса, характеризующегося определенной длинойволны, рассчитываемой формуле де Бройля.

Наличие волновых свойств микрочастиц – универсальное явление,общее свойство материи. Но волновые свойства макроскопических тел не обнаруженыэкспериментально, поэтому макроскопические тела проявляют только одну сторонусвоих свойств – корпускулярную.

Подтвержденная экспериментально гипотеза де Бройля окорпускулярно-волновом дуализме свойств вещества коренным образом изменилапредставления о свойствах микрообъектов. Всем микрообъектам присущи и корпускулярные,и волновые свойства: для них существуют потенциальные возможности проявитьсебя в зависимости от внешних условий либо в виде волны, либо в виде частицы.

После создания квантовой механики возникли новые проблемы, вчастности проблема, связанная с пониманием физической природы волн де Бройля.Дифракционная картина для микрочастиц – это проявление статистической(вероятностной) закономерности, согласно которой частицы попадают в те места,где интенсивность волн де Бройля наибольшая. Необходимость вероятностногоподхода к описании микрочастиц – важная отличительная особенность квантовойтеории. Борн в 1926 предположил, что по волновому закону меняется не самавероятность, а амплитуда вероятности, названная  волновой функцией. Описаниесостояния микрообъекта с помощью волновой ф-ции имеет статистический,вероятностный характер: квадрат модуля волновой ф-ции (квадрат модуля амплитудыволн де Бройля) определяет вероятность нахождения частицы в данный моментвремени в определенном ограниченно объеме. В квантовой механике состояниямикрочастиц описывается с помощью волновой ф-ции, которая является основнымносителем информации об их корпускулярных и волновых свойствах.

Соотношение неопределенностей в квантовой теории.Постоянная Планка. Вероятностный характер микропроцессов.

Согласно двойственный корпускулярно-волновой природе частицвещества, для описания свойств микрочастиц используются либо волновые, либокорпускулярные представления. Приписать им все свойства частиц и все свойстваволн нельзя. Возникает необходимость введения некоторых ограничений вприменении к объектам микромира понятий классической механики.

В классической механики всякая частица движется поопределенной траектории, так что в любой момент времени точно фиксированы еекоордината и импульс. Но микрочастицы отличаются от классических, нельзяговорить о движении микрочастицы по определенной траектории и об одновременныхточных значениях ее координаты и импульса. Гейзенберг, учитывая волновыесвойства микрочастиц и связанные с волновыми свойствами ограничения в ихповедении, пришел в 1927 к выводу: объект микромира невозможно одновременно слюбой наперед заданной точностью характеризовать и координатой, и импульсом.Согласно соотношению неопределенностей Гейзенберга, микрочастица(микрообъект)НЕ МОЖЕТ ИМЕТЬ ОДНОВРЕМЕННО КООРДИНАТУ X И ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ИМПУЛЬС р, причемнеопределенности этих величин удовлетворяют условию:

То есть произведение неопределенностей координаты и импульсане может быть меньше постоянной Планка. Соотношение неопределенностей полученопри одновременном использовании классических характеристик движения частицы(координаты, импульса) и наличия у нее волновых свойств. Так как в классическоймеханике принимается, что измерение координаты и импульса может бытьпроизведено с любой точностью, то соотношение неопределенностей является квантовым ограничением применимости классической механики к микрообъектам.Соотношение неопределенностей позволяет оценить, в какой мере можно применятьпонятия классической механики к микрочастицам. Соотношение неопределенностей,не давая возможности точно определить координаты и импульсы (скорости) частиц,устанавливает границу познаваемости мира и существования микрообъектов внепространства и времени.

После создания квантовой механики возникли новые проблемы, вчастности проблема, связанная с пониманием физической природы волн де Бройля.Дифракционная картина для микрочастиц – это проявление статистической(вероятностной) закономерности, согласно которой частицы попадают в те места,где интенсивность волн де Бройля наибольшая. Необходимость вероятностногоподхода к описании микрочастиц – важная отличительная особенность квантовойтеории. Борн в 1926 предположил, что по волновому закону меняется не самавероятность, а амплитуда вероятности, названная  волновой функцией. Описаниесостояния микрообъекта с помощью волновой ф-ции имеет статистический,вероятностный характер: квадрат модуля волновой ф-ции (квадрат модуля амплитудыволн де Бройля) определяет вероятность нахождения частицы в данный момент временив определенном ограниченно объеме. В квантовой механике состояния микрочастицописывается с помощью волновой ф-ции, которая является основным носителеминформации об их корпускулярных и волновых свойствах.

Неразличимость микрочастиц. Спин. Принцип Паули. Фермионы ибозоны.

Существует принцип тождественности микрообъектов. Всемакросистемы индивидуальны, в то время как микрообъекты одинаковы. Признаксимметрии волновой ф-ции:                   (ничего не изменилось). Волноваяф-ция обладает симметрией относительно перестановки микрообъектов. Отсюдаволновая ф-ция бывает 2 типов (+-1): симметричные частицы – бозоны(фотоны,гравитоны), антисимметричные – фермионы(нейтрон, электрон, кварки,античастицы). Элементарные частицы – это маленькие вращающиеся волчки. Онихарактеризуются моментом импульса. Спин – собственный вращательный моментобъектов. Спин бозонов принимает целочисленные значения: 0,1,2….*h. Спинфермионов – полуцелый: +-1/2,+-3/2…*h. Поведение фермионов и бозоновотличается. Для фермионов действует принцип Паули: в одном квантовом состоянииможет находиться только один фермион. Для бозонов характерно такое поведение: водном квантовом состоянии может находиться сколь угодно бозонов; чем большебозонов, тем сильнее они «заманивают» других.

Следствия принципа Паули: 1) богатство химических элементов;2)для каждого типа атома  (H, He) электронная конфигурация совершенно разная. Уразных химических элементов разные оболочки. Квантовая механика (Шредингер)объяснила разнообразие химических элементов и периодическую систему Менделеева,она очень многое объяснила из химии.

При подготовке этой работы были использованы материалы с сайтаhttp://www.studentu.ru

еще рефераты
Еще работы по математике