Спектры многоэлектронных атомов Принцип Паули

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 13Следующая ⇒

Все частицы могут быть разбиты на два класса:

- Ферми-частицы, характеризующиеся полуцелым спином.

- Бозе-частицы, характеризующиеся целым спином.

Ферми-часицы: электрон, протон, найтрон;

Бозе-частицы: фотон, фонон, гравитон;

Согласно принципу Паули, каждая Ферми-частица занимает одно единственное квантовое состояние.

Не может быть более одного фермиона в одном квантовом состоянии.

Число бозонов в каждом квантовом состоянии может быть произвольным.

Когда n> > 1, говорят о бозеконденсате.

Бозеконденсат говорит об очень большой амплитуде колебаний осциллятора.

Опыт Франка и Герца

ФРАНКА - ГЕРЦА ОПЫТ - опыт, показавший, что внутр. энергия атома не может изменяться непрерывно, а принимает определённые дискретные значения (квантуется). Впервые поставлен в 1913 нем. физиками Дж. Франком и Г. Герцем Сыграл важную роль в эксперим. подтверждении теории атома Бора.

В опыте исследовалась зависимость силы тока I от ускоряющего потенциала V между катодом К (рис. 1) и сеткой C₁; между сеткой С₂ и анодом А приложен замедляющий потенциал. Электроны, ускоренные в области I, испытывают в области II соударения с атомами паров ртути, заполняющими трубку Л. На анод А попадают только те электроны, энергия к-рых после соударения с атомом достаточна для преодоления замедляющего потенциала в области III. При увеличении ускоряющего потенциала от 0 до 4, 9 В гальванометр показал монотонный рост I; т.о., в этой области V соударения электронов с атомами носят упругий характер, внутр. энергия атомов не меняется. При значении V> =4, 9 B (и кратных ему значениях V> =9, 8; 14, 7 B,...)на кривой I(V)появляются спады (рис. 2): соударения электронов с атомами становятся неупругими- внутр. энергия атомов растёт за счёт энергии электронов.

Рис. 1. Схема опыта Франка-Герца.

Таким образом, Ф.- Г. о. показал, что спектр поглощаемой атомом энергии не непрерывен, а дискретен, мин. порция энергии (квант энергии), к-рую может поглотить атом Hg, равна 4, 9 эВ. Значение длины волны l=253, 7 нм свечения паров Hg, возникавшее при V> =4, 9 B, оказалось в соответствии со вторым постулатом Бора

где -энергии основного и возбуждённого уровней энергии; в Ф.- Г. о.

Рис. 2. Зависимость I(V), полученная в опыте Франка-Герца.

Штерна -герлаха опыт

ШТЕРНА -ГЕРЛАХА ОПЫТ -экспериментальное доказательство квантования проекции магн. момента атома на направление магн. поля. Ш.- Г. о. подтвердил справедливость квантовой теории. Поставлен О. Штерном (О. Stern) и В. Гёрлахом (W. Gerlach) в 1922. Схема Ш.- Г. о. приведена на рисунке. В вакуумной печи создавался поток атомов серебра, к-рый затем коллимировался двумя диафрагмами D, проходил между полюсами магнита спец. конфигурации, формировавшими неоднородное магн. поле H, и попадал на фотопластинку P.

Согласно классич. представлениям, на атом с магн. моментом M в неоднородном магн. поле действует сила направленная вдоль магн. поля и перпендикулярно направлению движения атомов пучка:

Магн. момент атома прецессирует вокруг оси z с ларморовской частотой

где е - заряд, m - масса электрона. В Ш.- Г. о. период ларморовской прецессии атома был пренебрежимо мал по сравнению с временем пролёта атома в магн. поле. Поэтому усреднение по времени первых двух членов в (*) обращает их в нуль (т. к. усреднённые по времени проекции магн. момента и на оси c и у равны нулю) и ср. значение Eсли справедливо классич. рассмотрение, то проекция M_z будет принимать любые значения от и действие магн. поля приведёт к равномерному уширению пучка атомов - на фотопластинке P появилась бы широкая полоса с равномерным распределением интенсивности.

В соответствии с квантовой теорией проекция на направление магн. поля квантована, т. е. принимает лишь определённые (дискретные) значения, причём число возможных значений равно где -внутреннее квантовое число полного момента атома. Соответственно в неоднородном магн. поле пучок атомов должен расщепляться на компоненту.

В Ш.- Г. о. зафиксировано расщепление пучка атомов серебра на две узкие компоненты при отсутствии неотклонённого пучка. Результаты, полученные в опыте, позволили сделать выводы, подтверждающие квантовые представления: 1) атом серебра обладает магн. моментом;

2) величина этого магн. момента равна магнетону Бора;

3) проекции магн. момента атома на направление магн. поля могут принимать только дискретные значения. В дальнейшем было установлено, что измеренный в Ш.- Г. о. магн. момент атома серебра возникает благодаря нескомпенсированному спиновому магн. моменту электрона внеш. электронной оболочки.

Методика Ш.- Г. о. применяется для разделения атомов по их магн. моменту (напр., в экспериментах по определению сверхтонкой структуры уровней энергии изотопов разл. атомов).

Вопрос 11

Корпускуля́ рно-волново́ й дуали́ зм — принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так икорпускулярные свойства. Был введён при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций. Дальнейшим развитием принципа корпускулярно-волнового дуализма стала концепцияквантованных полей в квантовой теории поля.

Как классический пример, свет можно трактовать как поток корпускул (фотонов), которые во многих физических эффектах проявляют свойства электромагнитных волн. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной световой волны. Например, даже одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла^[1]

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8 91011 12 13 Следующая ⇒