atomphysics

Question 1

1. Mikrodaļiņas duālisms.

Answer 1

1924 g. franču zinātnieks L.de Brojī izvirzīja hipotēzi par korpuskulu-viļņu duālisma universālo raksturu. Viņš apgalvoja, ka ne tikai fotoniem, bet arī elektroniem un citām mikrodaļiņām līdz ar korpuskulārām īpašībām piemīt arī viļņu īpašības.
* korpuskulārās īpašības – enerģija E un impulss p
* viļņu īpašības – frekvence v un viļņu garums lambda
* Skaitliskā attiecība, kas saista daļiņu korpuskulārās un viļņu īpašības, ir tāda pati kā fotoniem E = hv
* Tas nozīmē, ka jebkurai daļiņai, kam piemīt impulss, atbilst vilnis, kura garumu nosaka pēc de Brojī formulas viļņu garums = planka konstante / impulss

Question 2

2. De Brojī formula.

Answer 2

1924 g. franču zinātnieks L.de Brojī izvirzīja hipotēzi par korpuskulu-viļņu duālisma universālo raksturu. Viņš apgalvoja, ka ne tikai fotoniem, bet arī elektroniem un citām mikrodaļiņām līdz ar korpuskulārām īpašībām piemīt arī viļņu īpašības.
* korpuskulārās īpašības – enerģija E un impulss p
* viļņu īpašības – frekvence v un viļņu garums lambda
* Skaitliskā attiecība, kas saista daļiņu korpuskulārās un viļņu īpašības, ir tāda pati kā fotoniem E = hv
* Tas nozīmē, ka jebkurai daļiņai, kam piemīt impulss, atbilst vilnis, kura garumu nosaka pēc de Brojī formulas viļņu garums = planka konstante / impulss

Question 3

3. Raksturot viļņu funkciju.

Answer 3

• nekāda cēloņsakarību principa pārkāpšana attiecībā uz mikroobjektiem nenovēro, par cik kvantu mehānikā jēdziens mikroobjekta stāvoklis ietver pilnīgi citādu jēgu, nekā klasiskā mehānikā
• Kvantu mehānikā mikroobjekta stāvokli pilnīgi var aprakstīt ar viļņu funkciju
• Atkarīga no koordinātām un laika
• moduļa kvadrāts ir proporcionāls daļiņas atrašanās varbūtībai laika momentā t koordinātu apgabalā x un x + dx, y un y + dy, z un z + dz

Question 4

4. Raksturot psī funkciju.

Answer 4

• nekāda cēloņsakarību principa pārkāpšana attiecībā uz mikroobjektiem nenovēro, par cik kvantu mehānikā jēdziens mikroobjekta stāvoklis ietver pilnīgi citādu jēgu, nekā klasiskā mehānikā
• Kvantu mehānikā mikroobjekta stāvokli pilnīgi var aprakstīt ar viļņu funkciju
• Atkarīga no koordinātām un laika
• moduļa kvadrāts ir proporcionāls daļiņas atrašanās varbūtībai laika momentā t koordinātu apgabalā x un x + dx, y un y + dy, z un z + dz

Question 5

5. Mikrodaļiņas īpašības.

Answer 5

• nav noteiktas trajektorijas
• nevar runāt par vienlaicīgiem, precīziem tās koordinātu un impulsa lielumiem
• izriet no korpuskulu-viļņu duālisma
• par cik impulsu nosaka ar viļņa garumu, tad mikrodaļiņai ar noteiktu impulsu ir pilnīgi nenoteikta koordināta
• nn otrādi, ja mikrodaļiņa atrodas stāvoklī ar precīzu koordinātas lielumu, tad tās impulss ir pilnībā nenoteikts.
• mikropasaules objektam nevar vienlaicīgi, noteikt koordināti un impulsu ar vienādu precizitātes pakāpi

Question 6

6. Mikrodaļiņas enerģijas kvantēšana.

Answer 6

Tātad Šrēdingera vienādojums, kas apraksta daļiņas kustību potenciālā bedrē, izpildās tikai pie En īpašvērtībām, kas atkarīgas no vesela skaitļa n, proti, daļiņas enerģija En pieņem noteiktu diskrētu vērtību, tātad kvantējas.

Question 7

7. Kad mikrodaļiņas enerģija kvantējas?

Answer 7

Tātad Šrēdingera vienādojums, kas apraksta daļiņas kustību potenciālā bedrē, izpildās tikai pie En īpašvērtībām, kas atkarīgas no vesela skaitļa n, proti, daļiņas enerģija En pieņem noteiktu diskrētu vērtību, tātad kvantējas.

Question 8

8. Bora postulāti.

Answer 8

• Apkārtesošie elektroni ap atoma kodola var pārvietoties tikai pa noteiktu trajektoriju jeb orbītām.
• Elektroni kustoties stacionārajā orbītā elektromagnētiskos viļņus neabsorbē un neizstaro. Tas nozīmē, ka elektronam atrodoties stacionārajā orbītā, tam ir noteikta enerģija
• Elektronam absorbējot enerģiju, tas pāriet uz tālāko orbītu, bet izstarojot, tas pārvietojas uz tuvāko orbītu kodolam.
• Atbilstoši Bora postulātiem un Šredingera vienādojumam izriet, ka atomi var atrasties tikai kvantu stāvoklī ar diskrētām enerģiju vērtībām E1, E2, E3….

Question 9

9. Atoma uzbūve. Atoma enerģētiskie līmeņi.

Answer 9

Atoms ir mazākā vielas sastāvdaļa, kas saglabā vielas ķīmiskās īpašības.
Lielākā daļa atomu sastāv no trim mazākām daļiņām.
* elektroniem, kas ir negatīvi lādēti; elektrons ir visvieglākā atoma sastāvdaļa
* neitroniem, kam nav lādiņa - tie ir neitrāli;
* protoniem, kas ir pozitīvi lādēti. To skaits nosaka ķīmiskā elementa piederību - nosaukumu.
Atoma kodolam un elektroniem piemīt elektriskais lādiņš, tādēļ starp tiem darbojas elektriskās mijiedarbības spēki.
Ir pieņemts, ka atoma kodola lādiņš ir pozitīvs, bet elektrona lādiņš ir negatīvs.
Elektronapvalkā elektroni izvietojas enerģijas līmeņos. Jo kodolam tuvāk kustās elektroni, jo mazāks ir enerģijas krājums.
Enerģijas līmeņu skaits A grupas elementa atomu elektronapvalkā sakrīt ar grupas perioda numuru periodiskajā tabulā, periodi ir horizontālās elementu rindas.

Question 10

10. Spontānais gaismas starojums.

Answer 10

• Ja pastāv divus stāvokļi ar enerģiju vērtībām E1 un E2 un
• Ja atoms atrodas pamatstāvoklī 1, tad ārējā starojuma ietekmē, absorbcijas rezultātā, notiek uzspiesta pāreja stāvoklī 2.
• Atoms, kas atrodas ierosinātā stāvoklī 2 var pēc kāda laika sprīža spontāni, bez ārējas iedarbības pāriet stāvoklī 1 ar zemāku enerģiju, atdodot pārpalikušo enerģiju EMS (elektromagnētiskā starojuma) veidā izstarojot kvantu enerģiju ar h= E2 - E1 .
• Tā kā spontānās pārejas savstarpēji nav saistītas, tad spontānais starojums ir nekoherents.
• 1916.g. Einšteins, postulēja, ka bez absorbcijas un spontānā starojuma jābūt trešajam kvalitatīvajam mijiedarbības tipam.
• Ja uz atomu, kas atrodas ierosinātā stāvoklī 2, darbojas ārējais starojums ar frekvenci h = E2 - E1, tad rodas uzspiesta (inducēta) pāreja. Uzspiesta starojuma procesā iesaistīti divi fotoni – primārais fotons, kas inducē starojuma emisiju ierosinātam atomam, un sekundārais fotons, ko emitē atoms.

Question 11

11. Uzspiestais gaismas starojums.

Answer 11

• Ja pastāv divus stāvokļi ar enerģiju vērtībām E1 un E2 un
• Ja atoms atrodas pamatstāvoklī 1, tad ārējā starojuma ietekmē, absorbcijas rezultātā, notiek uzspiesta pāreja stāvoklī 2.
• Atoms, kas atrodas ierosinātā stāvoklī 2 var pēc kāda laika sprīža spontāni, bez ārējas iedarbības pāriet stāvoklī 1 ar zemāku enerģiju, atdodot pārpalikušo enerģiju EMS (elektromagnētiskā starojuma) veidā izstarojot kvantu enerģiju ar h= E2 - E1 .
• Tā kā spontānās pārejas savstarpēji nav saistītas, tad spontānais starojums ir nekoherents.
• 1916.g. Einšteins, postulēja, ka bez absorbcijas un spontānā starojuma jābūt trešajam kvalitatīvajam mijiedarbības tipam.
• Ja uz atomu, kas atrodas ierosinātā stāvoklī 2, darbojas ārējais starojums ar frekvenci h = E2 - E1, tad rodas uzspiesta (inducēta) pāreja. Uzspiesta starojuma procesā iesaistīti divi fotoni – primārais fotons, kas inducē starojuma emisiju ierosinātam atomam, un sekundārais fotons, ko emitē atoms.