Формулы квантовой физики 11 класс егэ

Основные формулы по физике — КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Начало развития квантовой физики связано с решением немецким ученым Максом Планком проблемы излучения абсолютно черного тела. Необходимо знать гипотезу Планка о квантовании энергии осцилляторов и уяснить, что на основании формулы Планка могут быть получены законы Стефана- Больцмана и Вина.

Развитие гипотезы Планка привело к созданию представлений о квантовых свойствах света. Кванты света называются фотонами. С позиций квантовой теории света объясняется такое явление как фотоэффект. Здесь следует знать формулу Эйнштейна для фотоэффекта.

Дальнейшее развитие квантовой физики связано с построением теории строения атома. О сложном строении атома говорят исследования спектров излучения разряженных газов.

Смотрите также основные формулы механике

Таблица сновных формул квантовой физики

Физические законы, формулы, переменные	Формулы квантовой физики
Закон Стефана-Больцмана: где R — энергетическая светимость (излучательность) абсолютно черного тела, т.е. энергия, испускаемая в единицу времени с единицы площади: σ — постоянная Стефана-Больцмана:
Энергетическая светимость (излучательность) серого тела: где α — коэффициент черноты.
Закон смещения Вина: где λm — длина волны, на которую приходится максимум энергии излучения; b — постоянная Вина :
Импульс фотона: где λ — длина волны; h — постоянная Планка:
Энергия фотона: где ν — частота; с — скорость света в вакууме:
Формула Эйнштейна для фотоэффекта: где hν — энергия фотона, падающего на поверхность металла; А — работа выхода электрона из металла; — максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона.
Красная граница фотоэффекта: где λк — максимальная длина волны, при которой возможен фотоэффект; νк — минимальная частота, при которой возможен фотоэффект.
Сериальные формулы спектра водородоподобного атома где R — постоянная Ридберга R=1,097·107 м-1, z — порядковый номер элемента; Серия Лаймана m=1, n=2,3,4… Серия Бальмера m=2, n=3,4,5… Серия Пашена m=3, n=4,5,6… Серия Брекета m=4, n=5,6,7… и т.д.
Длина волны де Бройля: где р — импульс частицы. В классическом приближении (при v<<c): p = mv; m — масса частицы; v — скорость частицы; с — скорость света в вакууме. В релятивистском случае (при ):
Связь импульса с кинетической энергией Wк в релятивистском приближении: где E0 — энергия покоя частицы:
Плотность вероятности нахождения частицы в соответствующем месте пространства
Волновая функция, описывающая состояние частицы в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме где l — ширина ямы, х — координата частицы в яме (0 ≤ x ≤ l), n — квантовое число (n=1,2,3…).
Энергия частицы в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме где m — масса частицы.
Электропроводность собственных полупроводников где е — заряд электрона, n — концентрация носителей заряда, uр — подвижность электронов, un — подвижность дырок.
Постоянная Холла для полупроводников типа алмаза, германия, кремния

Вопросы к зачету по квантовой физике.

Понятия.

1. Квант

2. Энергия кванта

3. Фотоэффект

4. Ток насыщение

5. Задерживающее напряжение

6. Красная граница фотоэффекта

7. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

8. Фотон

9. Масса фотона

10. Импульс фотона

11. Сущность корпускулярно-волнового дуализма

12. Работа выхода

13. Модель атома

14. Первый постулат Бора

15. Второй постулат Бора

16. Методы наблюдения элементарных частиц

17. Радиоактивность

18. Альфа, бета и гамма излучения

19. Правило смещения

20. Период полураспада

21. Закон радиоактивного распада

22. Изотопы

23. Модель ядра

24. Ядерные силы

25. Энергия связи ядра

26. Дефект масс

27. Удельная энергия связи

28. Ядерные реакции

29. Механизм деления ядер урана

30. Ядерный реактор

31. Термоядерные реакции

32. Элементарная частица

33. Позитрон

34. Античастица

Формулы.

1. E=hν=ħω — энергия фотона

E — энергия фотона

h=6,63·10^-34 Дж·с — постоянная Планка

ν — частота света

ħ=h/2π — аш с чертой

ω=2πν — циклическая частота

1. hν=A+E_K — уравнение Эйнштейна для фотона

A — работа выхода

E_k =mυ²/2 — кинетическая энергия вырванных электронов

1. ν_min= — красная граница фотоэфекта

ν_min — предельная частота при которой происходит фотоэффект

1. hν_kn=E_к—E_n – 2-ой постулат Бора

ν_kn — частота излучения

E_к — стационарное состояние с большей энергией

E_n — стационарное состояние с меньшей энергией

1. → + — правило смещения при альфа распаде

X — химический элемент

Y — химический элемент

M — масса атома

Z — заряд ядра

— гелий

1. → + — правило смещения при бета распаде

2. N=N₀ — закон радиоактивного распада

N — не распавшиеся атомы

N₀ — число радиоактивных атомов в начальный момент времени

T — период полураспада

t — интервал времени

1. A=Z+N — массовое число

A — массовое число

Z — число протонов

N — число нейтронов

1. E=mc² — основное уравнение Эйнштейна

m – масса тела

c — скорость света

1. ∆M=Zm_p+Nm_n—M_я — дефект масс

∆M — дефект масс

m_p — масса протона

m_n — масса нейтрона

M_я — масса ядра

1. E_св=∆Mc² — энергия связи атомного ядра

E_св — энергия связи атомного ядра

Планетарная модель атома

В центре атома находится крошечное положительно заряженное ядро, вокруг которого движутся электроны (рис.1) Атом в целом электрически нейтрален. Заряд ядра по модулю равен суммарному заряду электронов, так что атом в целом электрически нейтрален. Однако электроны могут быть выбиты из своих орбит и покинуть атом — тогда атом превращается в положительно заряженный ион.

 

Рис.1 Планетарная модель атома

Нуклонная модель ядра Гейзенберга–Иваненко. Заряд ядра. Массовое число ядра.

 Почти  вся масса атома сосредоточена в ядре — и это при том, что ядро в сто тысяч раз меньше самого атома. Ядро  состоит из протонов Z и нейтронов N. Модель атомного ядра показана на рис.2. Красным цветом условно изображены протоны, синим — нейтроны.

Рис.2 Строение ядра

Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается A.

, где

Z – Порядковый номер элемента в таблице Менделеева, заряд ядра, количество протонов и количество электронов.

N – количество нейтронов. N = A-Z

A – массовое число.

Запись  означает, что в ядре элемента X содержится A нуклонов, из которых Z являются протонами. Протоны и нейтроны, входящие в состав ядра называются нуклонами. Например, ядро алюминия  состоит из 27 нуклонов, а именно из 13 протонов и 14 нейтронов. Ядро гелия  — так называемая
α-частица — состоит из двух протонов и двух нейтронов.

Изотопы — это разновидности одного и того же химического элемента, различающиеся числом нейтронов в ядре. Например, у водорода три изотопа: обычный

 , дейтерий  , тритий  

нейтронов.
    Изотоны − атомные ядра, имеющие одинаковое число нейтронов (N = const) и разное число протонов.  
    Изобары − атомные ядра, имеющие одинаковое массовое число A (A = Z + N) и разные числа нейтронов и протонов.

Постулаты Бора

Первый постулат Бора. Атомная система может находиться в строго определенных дискретных состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия. Находясь в стационарных состояниях атом не излучает.

Второй постулат Бора. Энергия испускается или поглощается при переходе электрона из одного состояния в другое.

При излучении энергии атомом — атом переходит из стационарного состояния с большей  энергией в стационарное состояние с меньшей  энергией

При поглощении энергии атомом — атом переходит из стационарного состояния с меньшей энергией в стационарное состояние с большей энергией.

Рис.3 Схемы поглощения и излучения света

Линейчатые спектры

Непрерывный спектр – непрерывная радужная полоска, которую можно получить, если пропустить солнечный свет через стеклянную призму или дифракционную решётку (рис.4). Непрерывные спектры дают раскаленные твердые тела, жидкости или плотные газы.

Рис.4 Непрерывный спектр

Линейчатый спектр испускания —   линейчатый спектр, образованный тонкими изолированными разноцветными линиями на черном фоне. На  рис. 5 представлены линейчатые спектры различный атомов.

Линейчатый спектр испускания получают от разогретых веществ в газообразном атомарном состоянии.

Рис.5 Линейчатый спектр испускания

Атомы излучают свет, переходя из возбуждённого состояния в основное. Но вещество может не только излучать, но и поглощать свет. Атом, поглощая свет, совершает обратный процесс — переходит из основного состояния в возбуждённое.

Снова рассмотрим разреженный атомарный газ, но на сей раз в холодном состоянии (при достаточно низкой температуре). Свечения газа мы не увидим; не будучи нагретым, газ не излучает — атомов в возбуждённом состоянии оказывается для этого слишком мало.

Линейчатый спектр поглощения можно получить,  если белый свет пропустить через вещество в газообразном атомарном состоянии.  Если сквозь холодный газ пропустить свет с непрерывным спектром, то можно увидеть что-то вроде этого (рис. 6.):

Рис.6 Линейчатый спектр поглощения

На фоне непрерывного спектра падающего света появляются тёмные линии, которые образуют так называемый спектр поглощения.

Каждое вещество имеет  свой набор характерных полос (рис. 7).

Рис.7 Спектры испускания и поглощения натрия, водорода и гелия.

Спектр вещества индивидуальным.  С помощью спектрального анализа — физического метода качественного и количественного определения атомного и молекулярного состава вещества, основанного на исследовании его спектров, можно определить из каких химических элементов состоит вещество и в каком количестве содержится каждый элемент в данном веществе.

Радиоактивность.  Альфа-распад.  Бетта-распад.  Гамма-излучение.

Радиоактивность – способность некоторый ядер к самопроизвольному превращению в другие ядра. Обычно это процесс сопровождается испусканием различных частиц (таблица 1)

Таблица 1

Обозначение элементарной частицы	Название элементарной частицы
α  или	Альфа частица (атом гелия)
β  или	Бета частица (электрон)
β  или	Бета частица (позитрон)
γ	Гамма излучение (не имеет зарядового числа и массового числа)
p  или	Протон (атом водорода)
n  или	Нейтрон

Радиоактивность бывает естественная и искусственная.

Естественная радиоактивность – самопроизвольный распад атома. Ядра тяжелых элементов имеют сравнительно большие размеры, поэтому между отдельными участками может возникнуть электрическое отталкивание, и ядро разрушается.

Искусственная радиоактивность – распад ядер вследствие взаимодействия с элементарными частицами.

Альфа распад

Альфа распад — вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание ядра гелия  — альфа-частицы. При этом массовое число ядра уменьшается на 4, а атомный номер уменьшается  на 2 (рис.8).

Формула Альфа распада:

Защита от излучения – лист бумаги, толщиной 0,1 мм.

Рис. 8 Альфа распад

Бета распад

Бета распад — вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание электрона. Обусловлен  слабым взаимодействием и изменяющий заряд ядра на единицу без изменения массового числа При этом массовое число не изменяется, а атомный номер увеличивается на 1 (рис.9).

Защита от излучения – алюминиевая пластина, толщиной  3,5 см.

Бетта распад:

Электронный бетта распад:              

Позитронный бетта распад:  :              

Рис. 9 Бета распад

Гамма распад

Гамма распад – коротковолновое электромагнитное излучение, сопровождающее альфа и бета распады. При этом ядро из возбужденного состояния переходит в основное, а массовое число и атомный номер не изменяется (рис.10).

Формула Гамма распада:

Рис. 10 Гамма распад, сопровождающий бета распад.

Защита от излучения – огромный слой свинца.

Фотоны

Согласно гипотезе М. Планка  — свет состоит из отдельных порций энергии — фотонов. Излучение света, его распространение и поглощение происходит строго этими порциями.

Энергия фотона

Импульс фотона

, где

E – энергия (Дж, Джоуль)

 – частота (Гц, Герц)

 – длина волны (м, метр)

h = 6,6∙10-34Дж∙с (постоянная Планка)

e = — 1,6∙10-19Кл (Элементарный электрический заряд, заряд электрона)

Гипотеза  де  Бройля  о  волновых  свойствах  частиц.  

Корпускулярно-волновой дуализм — принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства

Де Бройль утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также и волновыми свойствами. Примером, доказывающим гипотезу де Бройля является дифракция электронов на кристаллах. Дифракция электронов — процесс рассеяния электронов на совокупности частиц вещества, при котором электрон проявляет волновые свойства.

Гипотеза М. Планка о квантах

Гипотеза о квантах. Электромагнитная энергия излучается и поглощается не непрерывно, а отдельными неделимыми порциями — квантами. Энергия кванта пропорциональна частоте излучения:

где, h = 6.63∙10-34 Дж∙с – постоянная Планка,  – частота (Гц, Герц)

Фотоэффект

Фотоэффект — это выбивание электронов из вещества падающим светом.

Опыты Столетова

Явление фотоэффекта было открыто Генрихом Герцем в 1887 году в ходе его знаменитых экспериментов по излучению электромагнитных волн. Год спустя фотоэффект был независимо открыт русским физиком Александром Григорьевичем Столетовым. Тщательные экспериментальные исследования, проведённые Столетовым в течение двух лет, позволили сформулировать основные законы фотоэффекта.

В своих знаменитых экспериментах Столетов использовал фотоэлемент собственной конструкции

Рис. 13 Фотоэлемент Столетова

В стеклянную колбу, из которой выкачан воздух (чтобы не мешать лететь электронам), введены два электрода: цинковый катод K и анод A. На катод и анод подаётся напряжение, величину U которого можно менять с помощью потенциометра и измерять вольтметром V. Катод освещается ультрафиолетовыми лучами УФ через специальное кварцевое окошко, сделанное в колбе (стекло поглощает ультрафиолет, а кварц пропускает). Ультрафиолетовое излучение выбивает с катода электроны e, которые разгоняются напряжением U и летят на анод. Включённый в цепь миллиамперметр mA регистрирует электрический ток. Этот ток называется фототоком, а выбитые электроны, его создающие, называются фотоэлектронами.

В опытах Столетова можно независимо варьировать три величины: анодное напряжение, интенсивность света и его частоту. Начнём с напряжения.

Зависимость фототока от напряжения

Меняя величину и знак анодного напряжения, можно проследить, как меняется фототок. График этой зависимости, называемый характеристикой фотоэлемента.

Рис. 14 Характеристика фотоэлемента

Под действием фотоэффекта электроны выбиваются с катода и имеют некоторую кинетическую энергию . Если на анод подать знак минус, то электрическое поле, действующее на электроны со стороны катода и анода, будет тормозящим. Начального запаса кинетической энергии не хватает — электроны теряют свою скорость на подступах к аноду и разворачиваются обратно на катод. Максимальная кинетическая энергия вылетевших электронов оказывается меньше, чем модуль работы поля при перемещении электрона с катода на анод:

Здесь m=9.1∙10-31 кг – масса электрона, e=1,6∙10-19 Кл – заряд электрона.

Изменяя постепенно напряжение мы добьемся того, что электроны смогут достичь анода. Это произойдет при условии

Таким образом, величина задерживающего напряжения позволяет определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов.

Когда напряжение выходит в область положительных значений, фототок продолжает возрастать. Оно и понятно: электрическое поле теперь разгоняет электроны, поэтому всё большее их число получают шанс оказаться на аноде. Однако достигают анода пока ещё не все фотоэлектроны. Например, электрон, вылетевший с максимальной скоростью перпендикулярно оси колбы (т. е. вдоль катода), хоть и развернётся полем в нужном направлении, но не настолько сильно, чтобы попасть на анод. Наконец, при достаточно больших положительных значениях напряжения ток достигает своей предельной величины Iн, называемой током насыщения, и дальше возрастать перестаёт. Дело в том, что напряжение, ускоряющее электроны, становится настолько велико, что анод захватывает вообще все электроны, выбитые из катода — в каком бы направлении и с какими бы скоростями они не начинали движение. Стало быть, дальнейших возможностей увеличиваться у фототока попросту нет — ресурс, так сказать, исчерпан.

Законы фотоэффекта

Величина Iн тока насыщения — это, по существу, количество электронов, выбиваемых из катода за одну секунду.

Первый закон фотоэффекта. Число электронов, выбиваемых из катода за секунду, пропорционально интенсивности падающего на катод излучения (при его неизменной частоте).

Второй закон фотоэффекта. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

Третий закон фотоэффекта. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта — наименьшая частота света, при которой фотоэффект ещё возможен. При    фотоэффект не наблюдается ни при какой интенсивности света.(рис.15)

Рис.15 Зависимость энергии фотоэлектронов от частоты света

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

, где

 – кинетическая энергия фотонов

 – работа выхода

Соседние файлы в предмете Квантовая физика

• #
• #
• #
• #
• #

  31.05.202134.34 Кб9Лаб.xlsx

• #

Больше всего старшеклассников в ЕГЭ по физике пугает последнее, 32 задание. Его тема — квантовая физика. На первый взгляд эта тема кажется сложной и запутанной, но мы постараемся с ней разобраться. 32 задание весит целых три первичных балла, и важно их не упустить!

Меня зовут Максим, и я преподаю физику в учебном центре MAXIMUM. За 4 года работы преподавателем я подготовил более 200 учеников по всей России, многие из которых учатся в престижных университетах нашей страны. Сегодня я научу вас решать 32 задание ЕГЭ по физике.

Нам понадобится разобраться с блоками ЕГЭ «Квантовая физика» и «Электродинамика». Услышав слово «фотоэффект», многие ученики удивляются. Что это такое? Это связано с фотоаппаратом? У кого этот эффект возникает? В этой статье мы увидим, что квантовая физика в ЕГЭ не так страшна: для решения заданий нужно совсем небольшое количество теории и формул. Но сначала чуть подробнее поговорим о специфике задания.

Хочешь круто подготовится к ЕГЭ? Вам поможет учебный центр MAXIMUM! Все наши преподаватели сами сдавали этот экзамен на хороший балл. Мы ежегодно изучаем изменения ФИПИ и корректируем курсы, исходя из этого. Читайте подробнее про наши курсы и выбирайте подходящий!

Зачем вообще нужно это задание? Заглянем в кодификатор ФИПИ. Там говорится, что задание №32 проверяет умение решать физические задачи, знание и глубокое понимание электрических и квантовых законов, формул и графиков. А также способность анализировать физические явления, выражать из формул искомые величины и рассчитывать их.

Задание №32 стоит целых 3 балла, а это достаточно много, учитывая, что максимальный первичный балл — 52. На решение задачи выделяется 15-25 минут, включая оформление в бланк ответов №2. Средний процент выполнения составляет 16%, и это самый низкий показатель в ЕГЭ по физике. В моей практике многие ученики, написав начальную диагностику, решают блок «Квантовая физика» в 10% случаев.

Почему 32 задание ЕГЭ по физике решают только 10% учеников?

• Многие не успевают приступить к этому заданию, так как у учеников отсутствует стратегия на экзамене.
• Теорию по квантовой физике ученики проходят в конце 9 и 11 класса, и времени для отработки недостаточно.
• Квантовая физика — это самый новый раздел физики. Ученикам сложно его понять, так как он не применятся в бытовых ситуациях, в отличие от механики или термодинамики.

Какие темы необходимо изучить для решения заданий по квантовой физике?  

Чтобы разобраться с квантовой физикой для ЕГЭ, необходимо изучить три темы:

• Корпускулярно-волновой дуализм
• Физика атома
• Физика атомного ядра

Самая главная формула для 32 задания ЕГЭ по физике —  уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:

Давайте подробнее разберемся в этой формуле.

Объяснение этого эффекта дал Эйнштейн, использовав гипотезу Планка о том, что свет — это поток особых частиц, фотонов. Энергия света, то есть энергия фотона равна hv, где h — это постоянная Планка, которая есть в справочных материалах, а v — это частота света. Именно эта энергия фотона частично передавалась электрону, и он вылетал из металла.

Важное слово — частично. Дело в том, что электроны не лежат на поверхности металла, а сидят где-то внутри. Чтобы достать их из глубины металла, нужно тоже затратить энергию, которая называется работой выхода. Оставшаяся энергия пойдет на то, чтобы разогнать электрон до определенной скорости.

То есть эта формула — просто закон сохранения энергии, который вы изучали в механике!

Кроме знаний квантовой физики, необходимо знать об электрическом и магнитном поле, фазовых переходах, а также разбираться в связи между частотой, длиной волны и скоростью света. О них я подробнее расскажу, когда буду разбирать примеры заданий.

Как оформлять вторую часть ЕГЭ по физике?

Чтобы получить 3 балла за решение задачи, необходимо обязательно обратить внимание на оформление задачи. Многие ученики могут получить 2 или даже 1 балл, если не соблюдают требования ФИПИ.

1. Должна быть записана вся теория и все законы, которые вы используете для решения задачи. Без этого вы просто не придёте к правильному ответу! Кстати, во многих заданиях пишут, что требуется рисунок, поэтому нужно правильно проиллюстрировать пример. Верный рисунок — это иллюстрация, на которой адекватно обозначены силы и вектора. Например, если тело лежит на столе, и сила реакции нарисована в 5 раз больше силы тяжести, полный балл вам не поставят.
2. Должны быть описаны все вводимые величины. Например, если в условии не было ничего сказано об ускорении, а вы используете его при решении, вынесите его на рисунок или укажите, что «а – ускорение тела». 
3. Должны быть произведены все математические действия. Не стоит перепрыгивать в уме через несколько математических действий по двум причинам. Во-первых, очень легко ошибиться, во-вторых – эксперты этого не оценят. 
4. Нужно получить правильный численный ответ, указать размерность и подставленные величины. 

Алгоритм выполнения 32 задания ЕГЭ по физике

Этот алгоритм подойдет вам для решения любой задачи части 2 и поможет избежать ошибок по невнимательности.

1. Внимательно прочитайте задачу. Запишите номер задания в бланк ответов №2.
2. Определите физическое явление, описываемое в условии, вспомните законы и формулы, которые устанавливают связь между данными и искомыми величинами. При необходимости сделайте на черновике рисунок с обозначением рассматриваемых величин.
3. Запишите в логической последовательности все действия, приводящие к определению искомой величины, с указанием явлений, законов и формул, соблюдая причинно-следственные связи.
4. Проверьте записанные рассуждения, вычеркните лишние законы и формулы, если такие есть.
5. Аккуратно и разборчиво перепишите в бланк ответов №2 полное решение.

Прототипы задания 32 и их решения

Задача 1. Фотокатод, покрытый кальцием (работа выхода А = 2 эВ) облучается светом с длиной волны λ = 300 нм . Вылетевшие с фотокатода электроны попадают в магнитное поле с индукцией B = 8 мТл перпендикулярно линиям магнитной индукции. Каков максимальный радиус окружности, по которой двигаются вылетевшие электроны?

Задача 2. Препарат с активностью 1,7⋅10¹¹ частиц в секунду помещён в металлический контейнер массой 0,5 кг. За 2 ч температура контейнера повысилась на 5,2 К. Известно, что данный препарат испускает α-частицы с энергией 5,3 МэВ, причём практически вся энергия α-частиц переходит во внутреннюю энергию контейнера. Найдите удельную теплоёмкость металла контейнера. Теплоёмкостью препарата и теплообменом с окружающей средой пренебречь.

Мы видим, что в задаче сказано, что температура контейнера увеличилась. Если его температура увеличилась, значит, он поглотил энергию. Также препарат каждую секунду испускает 1,7⋅10¹¹, каждая из которых несёт энергию 5,3 МэВ. Именно эта энергия будет поглощаться, и идти на нагрев нашего препарата. С основной идеей задачи разобрались, теперь можем приступить к формулам, которых всего две!

Теперь вы знаете, что такое 32 задание ЕГЭ по физике! Оказывается, квантовая физика в ЕГЭ не так страшна, как многие думают. Если хотите разобраться в остальных темах по физике, обратите внимание на наши онлайн-курсы. Уже более 150 тысяч выпускников подготовились с нами к ЕГЭ. Кстати, у меня на курсах MAXIMUM тоже можно поучиться!

• Взрослым: Skillbox, Geekbrains, Хекслет, Eduson, XYZ, Яндекс.
• 8-11 класс: Умскул, Лектариум, Годограф, Знанио.
• До 7 класса: Алгоритмика, Кодланд, Реботика.
• Английский: Инглекс, Puzzle, Novakid.

Квантовая физика. Формулы

Появление квантовой физики связано с именем Макса Планка, известного немецкого ученого. Он предположил, что для атомов присуще испускание электромагнитной энергии порциями (квантами).

Так XX век стал веком развития квантовой теории. Смогли появиться новые открытия в этой области, при объяснении которых была использована формула постоянной Планка.

Альберт Эйнштейн развил идею Планка и предположил, что электромагнитное излучение состоит из квантов, или фотонов.

Стало ясно, что в природе свет обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами. Таким образом, были объединены теория классическая, волновая, с квантовой, корпускулярной. Свойство дуализма присуще всем видам материи. Это открытие принадлежит французу Луи де Бройлю.

Для изучения фотоэффекта, открытого русским физиком А. Столетовым и англичанами Д. Томсоном, Ф. Ленардом, понадобились законы квантовой механики. Уравнение Эйнштейна сумело объяснить основные свойства фотоэффекта.

В основе квантовой теории атома лежат два постулата, выведенные Нильсом Бором. В своих вычислениях физик опирался на классические законы механики Ньютона.

Постулаты Бора

Опираясь на модель Резерфорда и исследования Планка, в 1913 г. Нильс Бор выдвинул свою теорию, состоящую из трёх постулатов:

1. Вращение электрона вокруг ядра происходит не по хаотичным, а строго определённым (стационарным) орбитам.
2. Во время движения по стационарной орбите электрон не излучает энергию.
3. Процесс излучения сопряжён со скачкообразным переходом с одной стационарной орбиты на другую. Одновременно происходит испускание или поглощение кванта электромагнитного излучения.

В квантовой теории рассматриваются спектры электромагнитных излучений. Также пользуются понятиями спектра энергий, импульсов, масс тела. Оптические спектры связаны с электромагнитным излучением в инфракрасном, видимом, и ультрафиолетовом диапазоне длины волн.

Открытие атомного ядра, состоящего из нейтронов и протонов, а также изотопов, являющихся нуклидами одного элемента, привело к изучению взаимодействий этих частиц.

Явление радиоактивности стало известно в результате опытов Беккереля с солями урана. Позже доказали, что в составе самопроизвольного излучения три вида лучей: положительные α частицы, отрицательные β частицы и не имеющие заряда γ лучи.

После открытия атомного ядра стало ясно, что оно изменяется при радиоактивных распадах. Превращения ядер подчиняются закону смещения.

Объединение учителей Санкт-Петербурга. Формулы квантовой физики

Вопросы к зачету по квантовой физике.

Понятия.

1. Квант

2. Энергия кванта

3. Фотоэффект

4. Ток насыщение

5. Задерживающее напряжение

6. Красная граница фотоэффекта

7. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

8. Фотон

9. Масса фотона

10. Импульс фотона

11. Сущность корпускулярно-волнового дуализма

12. Работа выхода

13. Модель атома

14. Первый постулат Бора

15. Второй постулат Бора

16. Методы наблюдения элементарных частиц

17. Радиоактивность

18. Альфа, бета и гамма излучения

19. Правило смещения

20. Период полураспада

21. Закон радиоактивного распада

22. Изотопы

23. Модель ядра

24. Ядерные силы

25. Энергия связи ядра

26. Дефект масс

27. Удельная энергия связи

28. Ядерные реакции

29. Механизм деления ядер урана

30. Ядерный реактор

31. Термоядерные реакции

32. Элементарная частица

33. Позитрон

34. Античастица

Формулы.

1. E=hν=ħω — энергия фотона

E — энергия фотона

h=6,63·10-34 Дж·с — постоянная Планка

ν — частота света

ħ=h/2π — аш с чертой

ω=2πν — циклическая частота

1. hν=A+EK — уравнение Эйнштейна для фотона

A — работа выхода

Ek =mυ2/2 — кинетическая энергия вырванных электронов

1. νmin= — красная граница фотоэфекта

νmin — предельная частота при которой происходит фотоэффект

1. hνkn=Eк-En – 2-ой постулат Бора

νkn — частота излучения

Eк — стационарное состояние с большей энергией

En — стационарное состояние с меньшей энергией

1. → + — правило смещения при альфа распаде

X — химический элемент

Y — химический элемент

M — масса атома

Z — заряд ядра

— гелий

1. → + — правило смещения при бета распаде

2. N=N0 — закон радиоактивного распада

N — не распавшиеся атомы

N0 — число радиоактивных атомов в начальный момент времени

T — период полураспада

t — интервал времени

1. A=Z+N — массовое число

A — массовое число

Z — число протонов

N — число нейтронов

1. E=mc2 — основное уравнение Эйнштейна

m – масса тела

c — скорость света

1. ∆M=Zmp+Nmn-Mя — дефект масс

∆M — дефект масс

mp — масса протона

mn — масса нейтрона

Mя — масса ядра

1. Eсв=∆Mc2 — энергия связи атомного ядра

Eсв — энергия связи атомного ядра

multiurok.ru

Световые кванты — КВАНТОВАЯ ФИЗИКА — ФИЗИКА

ФИЗИКА

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Световые кванты

Гипотеза Планка

Е — энергия кванта (фотона), [Дж];

ν — частота света, [c-1];

h — постоянная Планка, h = 6,63 · 10-34 Дж · сек.

Квантовая теория

m — масса фотона, [кг];

с — скорость света в вакууме, с = 3 · 108 м/c;

р — импульс фотона , [(кг · м)/c].

U3 — запирающие напряжение, [B];

υmax — максимальная скорость электрона, [м/c];

е — заряд электрона, е = 1,6 · 10-19 Кл;

m — масса электрона , m5 = 9,109534 · 10-31 кг.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Авых — работа выхода электрона, [Дж];

mυ2/2 — кинетическая энергия фотоелектрона.

Красная граница фотоэффекта

υmin — частота красной границы фотоэффекта, [Гц].

Эффект Комптона

λк — комптонівськая длина волны, λк = 2,43 · 10-12 м;

λ’ — длина волны рассеянного рентгеновского излучения, [м];

λ — волна первичного пучка, [м].

Давление света. Опыт Лебедева

Р = E/с

Δр = mυ — при поглощении;

Δр = 2mυ — при відбитт;.

Δр — изменение импульса фотона, [(кг · м)/c].

schooled.ru

Световые кванты — КВАНТОВАЯ ФИЗИКА — ФИЗИКА

ФИЗИКА

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Световые кванты

Гипотеза Планка

Е — энергия кванта (фотона), [Дж];

ν — частота света, [c-1];

h — постоянная Планка, h = 6,63 · 10-34 Дж · с.

Квантовая теория

m — масса фотона, [кг];

с — скорость света в вакууме, с = 3 · 108 м/c;

р — импульс фотона , [(кг · м)/c].

U3 — запирающая напряжение, [B];

υmax — максимальная скорость электрона, [м/c];

е — заряд электрона, е = 1,6 · 10-19 Кл;

m — масса электрона , m5 = 9,109534 · 10-31 кг.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Авых — работа выхода электрона, [Дж];

mυ2/2 — кинетическая энергия фотоелектрона.

Красная граница фотоэффекта

υmin — частота красной границы фотоэффекта, [Гц].

Эффект Комптона

λк — комптонівськая длина волны, λк = 2,43 · 10-12 м;

λ’ — длина волны рассеянного рентгеновского излучения, [м];

λ — волна первичного пучка, [м].

Давление света. Опыт Лебедева

Р = E/с

Δр = mυ — при поглощении;

Δр = 2mυ — при відбитт;.

Δр — изменение импульса фотона, [(кг · м)/c].

na-uroke.in.ua

Определения по атомной и квантовой физике

АБСОЛЮТНО ЧЕРНОЕ ТЕЛО — тело, которое при любой температуре полностью поглощает все падающее на него электромагнитное излучение независимо от спектрального состава. Излучение А.ч.т. определяется только его абсолютной температурой и не зависит от природы вещества.

АКТИВНОСТЬ (источника радиоактивного излучения) – физическая величина, равная отношению общего числа распадов радиоактивных ядер нуклида в источнике ко времени распада. Единица А.и. в СИ — беккерель.

АЛЬФА-ЛУЧИ — поток альфа-частиц, один из видов радиоактивного излучения атомных ядер.

АЛЬФА-РАСПАД – процесс испускания альфа-частиц при самопроизвольном радиоактивном распаде атомных ядер.

АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ — ядра атома гелия, испускаемые некоторыми нуклидами и состоящие из двух протонов и двух нейтронов.

АННИГИЛЯЦИЯ – процесс превращения частицы и соответствующей ей античастицы в фотоны – кванты электромагнитного поля или другие частицы – кванты физических полей иной природы. Существует обратное явление – рождение пар.

АТОМ — наименьшая частица химического элемента, которая является носителем его химических свойств. А. состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся в кулоновском поле ядра (описывается законами квантовой механики). Размеры А. порядка 10-10 м, энергия связи внешних электронов в А. порядка 10 эВ.

АТОМНАЯ ЕДИНИЦА МАССЫ — единица массы, равная 1/12 массы изотопа углерода с массовым числом 12. 1 а.е.м. = 1,6 .10-27 кг. Применяется в атомной и ядерной физике.

АТОМНАЯ МАССА — масса атома, выраженная в атомных единицах массы.

БЕТА-ЛУЧИ — поток бета-частиц (электронов или позитронов), испускаемых атомными ядрами при их бета-распаде.

БЕТА-РАСПАД – процесс радиоактивного превращения атомных ядер, в котором ядра испускают электроны и антинейтрино (β-) или позитроны и нейтрино (β+) распады. Обусловлен слабым взаимодействием и связан с взаимным превращением нейтронов и протонов в атомных ядрах.

БОРА ПОСТУЛАТЫ — основные допущения, введенные без доказательства Н.Бором, и положенные в основу БОРА ТЕОРИИ: 1) Атомная система устойчива только в стационарных состояниях, которые соответствуют дискретной последовательности значений энергии атома. Каждое изменение этой энергии связано с переходом атома из одного стационарного состояния в другое. 2) Поглощение и излучение энергии атомом происходит по закону, согласно которому связанное с переходом излучение является монохроматическим и обладает частотой ν: hν=Ei-Ek, где h -Планка постоянная, а Ei и Ek — энергии атома в стационарных состояниях.

БОРА ТЕОРИЯ — первая квантовая теория атома, созданная в 1913г. Н.Бором. Основана на ядерной модели атома, Бора постулатах и предположении, что для описания электронов в стационарных состояниях применимы законы классической механики. Предшествовала квантовой механике.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ — взаимные влияния элементарных частиц, определяющие изменения их состояний и взаимопревращения. Виды: сильное, электрослабое (электромагнитное и  слабое),  гравитационное.

ВИЛЬСОНА КАМЕРА — прибор для наблюдения движущихся с большой скоростью электрически заряженных микрочастиц, основанный на конденсации перенасыщенных паров. Изобретена в 1912 г. Ч.Т.Р.Вильсоном.

ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ — коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны менее 0,1 нм, возникающее при распаде радиоактивных ядер и элементарных частиц, взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, а также при аннигиляции электронно-позитронных пар.

ГАММА-ЛУЧИ, γ-лучи — то же, что гамма-излучение.

ГЛАВНОЕ КВАНТОВОЕ ЧИСЛО (n – номер орбиты) — квантовое число, определяющее возможные значения

 энергии атома водорода в стационарных состояниях: , где h -Планка постоянная; R -Ридберга постоянная. Г.к.ч. n принимает целые положительные значения 1,2,3,…

ДЕФЕКТ МАСС — разность между массой атома и массой всех нуклонов ядра в свободном состоянии. Обычно измеряют в атомных единицах массы (а.е.м.) Иногда Д.м. называют величину, где E -энергия связи; с — скорость света.

ДОЗА ИЗЛУЧЕНИЯ – физическая величина, равная отношению энергии ионизирующего излучения, поглощаемой веществом, к массе этого вещества: Позволяет оценить радиационную опасность. Единица Д.и. в СИ — грэй.

ЗАРЯДОВОЕ ЧИСЛО – физическая величина, равная числу протонов в атомном ядре и числу электронов в нейтральном атоме. Совпадает с атомным номером химического элемента. При этом электрический заряд ядра равен Ze, где Z– З.ч., а e — элементарный электрический заряд. Обычно указывается слева внизу у символа химического элемента (напр., ) Cр.массовое число.

ИЗЛУЧЕНИЕ – 1) И. волн и частиц – процесс испускания звуковых волн источниками звука, радиоволн — антеннами, света и рентгеновских лучей – атомами и молекулами, α-, β-частиц и γ-лучей атомными ядрами. 2) Сами эти волны и частицы как движущиеся объекты. (См. Альфа-лучи, Бета-лучи и т.д.)

ИЗОБАРЫ – атомы различных химических элементов, имеющие одинаковые массовые числа. Ядра И. содержат разные числа протонов, но общее количество нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре у них одинаковое. Ср.Изотопы.

ИЗОТОПЫ – разновидности атомов одного химического элемента, отличающиеся массой. Содержат одинаковое число протонов, но различаются числом нейтронов и занимают одно и то же место в периодической системе элементов. Ср. изобары.

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ — потоки элементарных частиц и квантовэлектромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов или молекул этого вещества.

КВАНТ ЭНЕРГИИ — конечное количество энергии, которое может излучить или поглотить микросистема (атом, молекула, атомное ядро и т.д.) в отдельном акте изменения ее состояния, т.е. приквантовом переходе.

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА — физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (электронов, атомов, молекул и т.д.) в заданных внешних полях (напр., электронов в кулоновском поле атомного ядра). Законы К.м. имеют вероятностный характер.

КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА — целые или полуцелые (т.е. отличающиеся от целого на 1/2) числа, определяющие возможные дискретные числовые значения энергии, импульса и момента импульса системы (атома, молекулы), которая описывается законам квантовой механики.

КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР — источник монохроматического когерентного электромагнитного излучения, действие которого основано на использовании явления вынужденного излучения. Излучение К.г. характеризуется высокой монохроматичностью, когерентностью, узкой направленностью и значительной мощностью. В зависимости от диапазона электромагнитного излучения различают два вида К.г.: лазер и мазер.

КВАНТОВЫЙ ПЕРЕХОД — скачкообразный переход квантовой системы (атома, молекулы и т.д.) с одного уровня энергии на другой. При переходе с более высокого уровня на более низкий система излучает энергию, а при обратном переходе ее поглощает. Излучение и поглощение энергии происходит квантами (порциями) энергии. См.Бора постулаты.

КРИТИЧЕСКАЯ МАССА — наименьшая масса ядерного горючего (урана, плутония), при которой происходит ядерная цепная реакция.

МАССОВОЕ ЧИСЛО — общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в атомном ядре; одна из основных характеристик атомного ядра. Обычно указывается слева вверху у символа химического элемента (напр. 4He,). Ср.зарядовое число.

НЕЙТРИНО — электрически нейтральная элементарная частица с весьма малой массой покоя, нулевым магнитным моментом и спином 1/2. Участвует только в слабом взаимодействии и имеет очень большую проникающую способность.

НЕЙТРОН — электрически нейтральная элементарная частица. Вместе с протоном входит в состав атомных ядер. В свободном состоянии н. неустойчив: распадается на протон, электрон и антинейтрино (период полураспада примерно 1000с). См.нуклон, ядерные силы.

НУКЛОН — общее название протона и нейтрона, т.е. частиц, из которых состоят атомные ядра. Протоны и нейтроны схожи по своим свойствам (см. ядерные силы) и поэтому могут рассматриваться как два различных зарядовых состояния одной и той же частицы — нуклона.

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА — время, в течение которого количество нестабильных частиц уменьшается вдвое. Одна из основных величин, позволяющих описать поведение радиоактивных веществ.

ПЛАНКА ПОСТОЯННАЯ, квант действия (h) — одна из основных физических постоянных, отражающая специфику физических законов микромира и играющая фундаментальную роль в квантовой механике. h=6,63.10-34 Дж.с. Часто п.п. называют величину 1,05.10-34 Дж.с.

ПОЗИТРОН — элементарная частица с массой, равной массе электрона, положительным элементарным электрическим зарядом и спином, равным 1/2. Античастица электрона.

ПРОТОН — стабильная элементарная частица с положительным элементарным электрическим зарядом и спином 1/2. Вместе с нейтронами входит в состав атомных ядер всех химических элементов. В нейтральном атоме количество протонов равно количеству электронов. Количество протонов определяет атомный номер элемента в таблице Менделеева.

РАДИОАКТИВНОСТЬ – явление самопроизвольного превращения неустойчивых изотопов химического элемента в другие изотопы (обычно другого элемента), сопровождающееся испусканием элементарных частиц, атомных ядер и жесткого электромагнитного излучения. Различают естественную р. (изотопов, существующих в природе) и искусственную р. (изотопов, получаемых при ядерных реакциях).

РЕАКТОР ЯДЕРНЫЙ — устройство, в котором происходит управляемая цепная реакция деления ядер. См. ядерный реактор.

СИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — один из видов взаимодействия элементарных частиц, характеризующийся наибольшей интенсивностью и присущий всем адронам. С.в. обусловлены ядерные силы и др. Ср. гравитационное, слабое и электромагнитное взаимодействия.

СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — один из видов взаимодействия элементарных частиц, характеризующийся минимальной (не считая гравитационного) интенсивностью. Присуще нейтрино и всем элементарным частицам, кроме фотона. С.в. ответственно за α-распад, за многие распады элементарных частиц и др., а также за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Ср. гравитационное, сильное, электромагнитное взаимодействия.

ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ — реакции слияния легких атомных ядер, в результате которых образуются более тяжелые (реакция синтеза ядер), происходящие  при сверхвысоких температурах (порядка 107К и более). Сопровождаются выделением огромного количества энергии. Напр., при полном превращении 1 кг водорода в гелий выделяется 8.1014 Дж, т.е. примерно в 10 раз больше, чем при делении 1 кг 235U и в 2.107 раз больше, чем при сгорании 1 кг бензина. В естественных условиях т.р. происходят на солнце и звездах, исскуственная т.р. получена пока лишь в форме неуправляемой реакции при взрыве водородной бомбы. См. управляемый термоядерный синтез.

УРОВНИ ЭНЕРГИИ — возможные значения энергии атома, молекулы или др. квантовой системы. Образуют энергетический спектр системы (непрерывный, дискретный или смешанный). Предположения о существовании у.э. для атомов впервые сделаны в 1913 г. Н. Бором (см.Бора постулаты) и затем подтверждены экспериментально в Опытах Д.Франка и Г.Герца.

УСКОРИТЕЛИ ЗАРЯЖЕНЫХ ЧАСТИЦ — установки для получения направленных пучков электронов, протонов, легких атомных ядер и др. с энергией от сотен кэВ до сотен ГэВ. Используются в ядерной физике и физике высоких энергий для исследования характера различных взаимодействий и структуры микрочастиц, а также в промышленности (получение изотопов, дефектоскопия, стерилизация пищевых продуктов) и медицине.

ЦЕПНАЯ ЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ — см. ядерная цепная реакция.

ЭЛЕМЕНТ ХИМИЧЕСКИЙ — совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра и, следовательно, с одинаковым числом электронов. Основные характеристики — атомный  номер и атомная масса. Известно 113 элементов, 25 из них получены искусственно. Взаимосвязь Э.х. отражена в периодической системе элементов Менделеева.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ — простейшие структурные элементы материи, о которых на современном уровне нельзя сказать, что они являются простым соединением других частиц. Каждой э.ч. (за исключением “истинно нейтральных” фотона и некоторых мезонов) соответствует своя античастица. Взаимодействие пары частица — античастица приводит к аннигиляции. При изучении взаимодействия э.ч. особую роль играют сохранения законы.

ЭНЕРГИЯ ПОКОЯ — энергия тела (частицы) в системе, относительно которой тело (частица) покоится. Е0=m0c2, где m0 — масса покоя частицы.

ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ — разность между энергией связанной системы частиц и суммарной энергией этих частиц в свободном состоянии. Для устойчивых систем отрицательна.

ЯДЕРНАЯ ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ — реакция деления тяжелых атомных ядер под действием нейтронов, в каждом акте которой число нейтронов возрастает, так что может возникнуть самоподдерживающийся процесс деления. Сопровождается выделением огромного количества энергии (200 МэВ на каждое делящееся ядро урана или плутония).

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА  — отрасль энергетики, занимающаяся преобразованием  ядерной энергии в другие виды энергии с целью практического применения.

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ, атомная энергия — внутренняя энергия атомного ядра, связанная с движением и взаимодействием образующих ядро нуклонов. Возможны два способа получения я.э.: осуществление ядерной цепной реакции деления тяжелых ядер или термоядерной реакции синтеза легких ядер.

ЯДЕРНОЕ ГОРЮЧЕЕ — 1) природное я.г. — изотоп  235U(урана-235). 2) вторичное я.г. — искусственно получаемый в ядерном реакторе изотоп 239Pu (плутоний-239) и изотоп урана 233U(уран-233).

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ — превращения атомных ядер, обусловленные их взаимодействием с элементарными частицами или между собой. Я.р. обычно происходят при бомбардировке тяжелых атомных  ядер более легкими ядрами или частицами. Используются для изучения строения и свойств атомных ядер, получения ядерной энергии и радиоактивных изотопов.

ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ — взаимодействия между нуклонами в атомных ядрах определяющие (вместе с электромагнитными силами) строение и свойства ядер. Проявляются только на расстояниях порядка 10-15м и не зависят от заряда нуклонов. См.сильное взаимодействие.

ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ — чрезвычайно быстрое выделение огромного количества энергии в результате цепной ядерной реакции или термоядерной реакции.

ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР, атомный реактор — устройство для осуществления и поддержания управляемой цепной ядерной реакции деления ядер тяжелых элементов.

ЯДРО АТОМНОЕ — положительно заряженная центральная часть атома, в которой сосредоточена почти вся его масса. Заряд  ядра  и атомный номер определяются числом протонов, а атомная масса — суммарным числом нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре. Размеры  тяжелых ядер достигают  10-14 м, плотность ядерного в-ва 1017 кг/м3.

www.eduspb.com

Зарождение квантовой теории. Гипотеза Планка.

Зарождение квантовой теории
В конце XIX в. многие ученые считали, что развитие физики завершилось по следующим причинам: Больше 200 лет существуют законы механики, теория всемирного тяготения. Разработана МКТ. Подведен прочный фундамент под термодинамику. Завершена максвелловская теория электромагнетизма. Открыты фундаментальные законы сохранения (энергии, импульса момента импульса, массы и электрического заряда).
В конце XIX — начале XX в. открыты В. Рентгеном — X-лучи (рентгеновские лучи), А. Беккерелем — явление радиоактивности, Дж. Томсоном —электрон. Однако классическая физика не сумела объяснить эти явления. Теория относительности А. Эйнштейна потребовала коренного пересмотра понятии пространства и времени. Специальные опыты подтвердили справедливость гипотезы Дж. Максвелла об электромагнитной природе света. Можно было предположить, что излучение электромагнитных волн нагретыми телами обусловлено колебательным движением электронов. Но это предположение нужно было подтвердить сопоставлением теоретических и экспериментальных данных.
Для теоретического рассмотрения законов излучений использовали модель абсолютно черного тела, т. е. тела, полностью поглощающего электромагнитные волны любой длины и, соответственно, излучающего все длины электромагнитных волн.
Примером абсолютно черного тела по излучающей способности может быть Солнце, по поглощающей — полость с зеркальными стенками с маленьким отверстием.
Австрийские физики И. Стефан и Л. Больцман экспериментально установили, что полная энергия Е, излучаемая за 1 с абсолютно черным телом с единицы поверхности, пропорциональна четвертой степени абсолютный температуры Т: ,  где s = 5,67.10-8  Дж/(м2.К-с)—постоянная Стефана-Больцмана. Этот закон был назван законом Стефана — Больцмана. Он позволил вычислить энергию излучения абсолютно черного тела по известной температуре.
Пример экспериментально полученных кривых распределения энергии в спектре излучения черного тела.
При заданном значении температуры Т интенсивность излучения черного тела максимальна и соответствует  определенному значению длины волны l. Немецкий физик В. Вин обнаружил, что при изменении температуры длина волны, на которую приходится максимальная энергия Еmax, убывает обратно пропорционально температуре, поэтому  (закон Вина). Используя законы термодинамики, В. Вин получил закон распределения энергии в спектре черного тела, который совпадал с экспериментальными результатами лишь в области больших частот.
Английский физик Дж. Рэлей сделал попытку более строгого теоретического вывода закона распределения энергии. по закон приводил к хорошему совпадению с опытами в области малых частот. По этому закону интенсивность излучения должна возрастать пропорционально квадрату частоты. Следовательно, в тепловом излучении должно быть много ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, чего на опыте не наблюдалось. Затруднения в согласовании теории с результатами эксперимента получили название ультрафиолетовой катастрофы.
Законы электромагнетизма, полученные Максвеллом, оказались не в состоянии объяснить форму кривой  распределения интенсивности в спектре абсолютно черного тела. При удалении от этого значения интенсивность электромагнитного излучения плавно убывает.
Гипотеза Планка
Стремясь преодолеть затруднения классической теории при объяснении излучения черного тела, М. Планк в 1900 г. высказал гипотезу: атомы испускают электромагнитную энергию от дельными порциями —квантами. Энергия Е
где h=6,63.10-34 Дж.с—постоянная Планка.	h=6,63.10-34 Дж.с
Иногда удобно измерять энергию и постоянную Планка вэлектронвольтах. Тогда h=4,136.10-15 эВ.с. В атомной физике употребляется также величина. (1 эВ — энергия, которую приобретает элементарный заряд, проходя ускоряющую разность потенциалов 1 В. 1 эВ=1,6.10-19 Дж). Таким образом, М. Планк указал путь выхода из трудностей, с которыми столкнулась теория теплового излучения, после чего начала развиваться современная физическая теория, называемая квантовой физикой.

www.eduspb.com

Фотон, формула Планка, энергия фотона. Тестирование онлайн, подготовка к ЦТ, курсы по физике в Минске.

Тестирование онлайн

Формула Планка

14 декабря 1900 г. Макс Карл Эрнст Людвиг Планк в докладе на заседании Берлинского физического общества выдвинул революционную гипотезу, что излучение света веществом происходит не непрерывно, а порциями, квантами.

Согласно гипотезе Планка наименьшая порция энергии, которую несет излучение, определяется по формуле (формула Планка):

Фотон

Развивая идею Планка, Эйнштейн предложил корпускулярную теорию света, предположив, что свет не только излучается, но распространяется и поглощается отдельными порциями. По теории Эйнштейна, монохроматическая электромагнитная волна представляет собой поток частиц — квантов или фотонов. Каждый фотон всегда движется со скоростью света и несет квант энергии. При взаимодействии с веществом фотон передает свою энергию одному или нескольким электронам, после чего фотона больше не существует.

Фотон — это удивительная частица, которая обладает энергией, импульсом, но не обладает массой! Фотон «обречен» всегда летать со скоростью света.

Свойства фотона:

1) Не имеет состояния покоя.

2) Безмассовая частица (m=0).

3) Электрически нейтрален (q=0).

4) Скорость его движения равна скорости света во всех инерциальных системах отсчета.

5) Энергия фотона пропорциональна частоте соответствующего электромагнитного излучения (формула Планка).

6) Энергия фотона может быть выражена через длину волны:

7) Модуль импульса фотона равен отношению его энергии к скорости:

fizmat.by

---