10. A kvantumelmélet alapvető kísérletei Flashcards
fotoeffektus
Mi a fotoeffektus és hogy lehet értelmezni?
Fény hatására fémből elektronok lépnek ki.
- EM-sugárzás elektront távolít el az atomokból
- kísérleti eredmények: kilépő elektronok száma ~ intenzitás, küszöbfrekvencia
- kilépő áram mérése. szaturációs áram
- amire a bejövő fény fordítódik
- várakozás: minden intenzitásfüggő
- értelmezés: kvantumos fény
- lineáris összefüggés a feszültség és frekvencia között
Compton-effektus
Mi a Compton-effektus és hogy lehet értelmezni?
Röntgensugarak szóródása esetén a szórt sugárzásban nagyobb hullámhosszú komponensek jelennek meg, mint az eredetiben.
- klasszikus kép vs. megfigyelés: hullámhossz-módosulás csak a részecsketermészettel magyarázható
- IMT és EMT alapján a hullámhossz módosulása meghatározható
- alacsony fotonenergia esetén: nincs effektus
- bejövő fény fotonjainak száma ~ szórt részecskék száma
hőmérsékleti sugárzás spektruma
Mi a hőmérsékleti sugárzás valójában és milyen törvények írják ezt le?
Hősugárzás: az a folyamat, amely során a testek a környezetükkel hőmérsékleti egyensúlyba kerülnek.
- jellemző mennyiség: spektrális sűrűség
- Wien: nagy frekvenciákra téves
- Rayleigh-Jeans: Wien-tv. pontosítása, ekvipartíció alkalmazása, UV-katasztrófa nagy frekvenciákra
- Planck: empirikus, QM-i kvantált energiájú állapotok, más átlagos energia nagy frekvenciákra
- Stefan-Boltzmann: feketetest által kibocsátott energia egységnyi felületre és időre ~ T^4
Rutherford-kísérlet
Mi a Rutherford-kísérlet és mi lett a felfedezése?
Alfa-részecskék aranyfólián való szóródását vizsgálta.
- kapott eredmény: jelentős eltérés, néhány visszaszóródás
- magyarázat: pontszerű atommag létezése és annak centrális erőtérben való eltérülése, Rutherford-hatáskeresztmetszet
- következtetés: atommag létezése, ami Z-vel megegyező pozitív töltésű, túl nagy energián nem tekinthető pontszerűnek a mag (magerők fellépése)
Rutherford-atommodell: atom méreténél 10- vagy 100-ezerszer kisebb atommag, körülötte szinte elhanyagolható tömegű, a térfogat nagy részét kitöltő elektronfelhő.
Millikan-kísérlet
Mi a Millikan-kísérlet és annak eredménye?
Porlasztott olajcseppek töltését vizsgálta különböző homogén elektromos terekben.
- folyamat: olajcseppek feltöltődnek, tér nélkül megmérhető a sugaruk, teret bekapcsolva a sebességük, onnan a töltés
- ható erők: gravitáció – felhajtóerő (+Coulomb-erő) = közegellenállási erő
- konklúzió: cseppek töltései csak egy konstans érték többszörösei lehetnek
- elemi töltés ~ 10^(-19) C nagyságrendű
Davisson-Germer-kísérlet
Mik a Davisson-Germer-kísérlet eredményei?
Elektronnyalábot irányítottak egy nikkel tárgyra, atomok elektromos terét, és felületük szerkezetét vizsgálták az elektronok rugalmas szórását figyelembe véve.
- kérdés: igaz-e a kettős természet az összes részecskére
- várt eredmény: az elektronok felbontják a legsimább kristályfelületet is az atomos szerkezet miatt, infó a szögeloszlásból
- kapott eredmény: diffrakciós mintázatok megjelenése
- magyarázat: van feltétel az erősítéssel kapcsolatban a gyorsítófeszültségre, ettől (is) függnek a szögek
Konklúzió: kristályon törénő diffrakció során az elektron hullámként viselkedik a de Broglie-hipotézisnek megfelelően
Stern-Gerlach-kísérlet
Mit sikerült kimutatni a Stern-Gerlach-kísérlettel?
Inhomogén nagyságú, de mindenhol z irányú mágneses térbe vezettek be monoenergiás atomnyalábot.
- cél: a perdület valóban kvantált-e
- alap: perdülethez mágneses momentum tartozik, kvantált erő, diszkrét komponensekre eshet szét a nyaláb
- atomok eltérültek az inhomogén tér miatt: adott mágneses momentumhoz adott eltérülési szög tartozott
- eredmény: ezüstre két különálló folt jelent meg
Konklúzió: a perdület kvantáltsága bizonyított
Einstein-de Haas-kísérlet
Mivel kapcsolatos az Einstein-de Haas-kísérlet?
Vékony torziós szálra függesztettek egy ferromágnest, amelyre rácsévéltek egy áramjárta tekercset. Tükör is volt erősítve a rendszerre, hogy fénysugár segítségével a forgás könnyebben megfigyelhető legyen.
- kérdés: a mért mágneses momentumok valóban a perdülettel vannak-e kapcsolatban
- feltevések: a perdülettel együtt változik a mágnesezettség, a mágnesezettséget pedig az atomok mágneses momentuma okozza
- vizsgálat tárgya: mágneses momentum változása/perdület változása (hányados)
- eredmény: g ≠ 1 giromágneses faktor
Konklúzió: a giromágneses faktor a mágneses momentum/perdület hányados eltérése a jósolt értéktől
Zeeman-effektus
Mit tud Zeeman-effektus?
A mágneses tér és a mágneses momentumok kölcsönhatása miatt m szerint felhasadnak az energiaszintek.
- energiaeltolódás + perturbáció felírása
- jelenség: atom legerjesztődik az alapállapotba mágneses térben, kezdő és alapállapot is felhasad, többféle, kicsit különböző energiájú foton figyelhető meg
- magyarázat: Lorentz-erő módosítja az elektronok pályáját és energiáját, energiaváltozás függ a pálya irányától
