Vajad kellegagi rääkida?
Küsi julgelt abi LasteAbi
Logi sisse

Aatomi ja tuumafüüsika (4)

5 VÄGA HEA
Punktid

Esitatud küsimused

  • Millest koosneb aine?
  • Mis siiski lainetab elektronide juures?
  • Mis lainetab elektronilaines?
  • Mis lainetab elektronilaines?

Lõik failist

AATOMI JA
TUUMAFÜÜSIKA
12. KL
Mikro ja makro
Mikro ja makro1
Mikromaailma all tuleb mõista aine elementaarosakesi ja nendega
toimuvaid füüsikalisi protsesse. Vastav füüsikaosa kannab nimetust
mikrofüüsika. Teadusharu on tekkinud 20. Sajandil. Eelduseks oli
radioaktiivsuse, aatomi ja tuuma avastamine. Põhiliseks
uurimismeetodiks on siin kaudne katse.
Makromailm on see, mida me oma meeltega vahetult tajume. Selles
maailmas kehtib klassikaline füüsika oma seadustega. Alused
pärinevad 17. Sajandist.
Mateeria ja aine
· Ld. k materia ­ algollus
· Vanakreeka filosoofias algaine
· Loodusteadustes ­ aine
· Kaasaegses füüsikas mateerial kaks vormi ­
aine ja väli
Millest koosneb aine?
· Demokritos V-IV sajand eKr ­ atomus ­
jagamatu
· XVII sajandil aatomi idee taassünd ­ inglise
keemik John Dalton käsitles keemilist
elementi ainena, mis koosneb ainult üht tüüpi
aatomitest.
Aatomifüüsika alused
· XVIII ­ ennustati uue aatomist väiksema osakese
elektroni olemasolu
· 1897 elektroni avastamine J.J. Thomsoni poolt
· Thomsoni aatomimudel ­ "rosinasai"
· 1906 määras elektonide arvu aatomis
· Thomson tõestas, et ühe ja sama keemilise
elemendi aatomid on ühesugused
Rutherfordi katse ja planetaarne
aatomimudel
· 1905 ­ alustati raadiumi poolt kiiratud - osakeste
hajumise uurimisega
· 1906 ­ tõestati, et - osakeste laeng peab olema 2e
(kahekordne positiivne elementaarlaeng) , hiljem saadi
teada, et tegelikult on - osake ­ heeliumi aatomi tuum
2
He 4
· 1908 ­ töötati koos H.Geigeriga välja - osakeste
elektriline registreerimismeetod, mis võimaldas
registreerida üksikuid osakesi, mis võimaldas uurida
üksikute - osakeste käitumist põrkumisel aatomitega
· Igast 20000 - osakesest üks hajub suurema
nurga all kui 90 kraadi
Rutherfordi reaktsioon katse
tulemusele
See oli kõige tavatum sündmus, mis mul kunagi üle elada
tuli. See oli sama ebatõenäoline, kui te tulistaksite 15-tollise
kahurikuuliga paberossipaberi pihta ning kuul pöörduks
tagasi ja tabaks teid ennast. Mõeldes selle üle järele, taipasin,
et selline tagasihajumine peab olema ühekordse põrke
tulemus, kuid kui ma tegin läbi arvutused, siis ma nägin, et
sellist tulemust pole võimalik saada teisiti, kui eeldada, et
egemist on süsteemiga, milles suurem osa aatomi massist on
koondunud väikesesse tuuma. Just siis sündis mul ettekujutus
väikese massiivse laetud keskmega aatomist.
Ratherfordi katsete teisi tulemusi
· Vesiniku aatomi tuuma laeng +e
· Heliumi aatomi tuuma laeng +2e
· Kulla aatomi läbimõõt 3*10-15m
Aatomi ehitus
Aatom sarnaneb Päikesesüsteemile. Seda
mudelit kutsutakse ka nn
planetaarmudeliks. Mudel võeti
kasutusele pärast aatomituuma avastamist
1911.a.
Tuuma avastamine põhineb Rutherfordi
katsel, mille käigus kiiritati õhukest
kullalehte -osakestega. Katse käigus
avastati, et osad -osakesed põrkusid
plaadilt tagasi. Põrkumine oleks
mõeldamatu, kui aatomi positiivne laeng
jaguneks ühtlaselt üle terve ruumi.
Aatomi ehitus
· Planetaarmudeli järgi kujutab aatom endast ~1023 korda vähendatud
Päikesesüsteemi laadset moodustist.
· Aatomi mõõtme suurusjärk ~10-8cm Tuuma mõõtme suurusjärk on
aga veelgi väiksem ~10-13 cm. Elektroni vaadeldakse punktmassina.
· Tuumade koostisse kuuluvad positiivse laenguga prootonid ja
laenguta neutronitest.
· Ainukesena on lihtsaima elemendi ­ vesiniku aatomi tuumas ainult 1
prooton.
· Prootoni laengu absoluutväärtus võrdub elektroni laengu
absoluutväärtusega. See moodustab elementaarlaengu,mille väärtus on
~1,6*10-19 C.
Aatomi koostisosad.
Prooton ja neutron on ligikaudu võrdse massiga, mis on 2000
korda suurem elektroni massist.
NIMETUS MASS(kg) LAENG(C)
Elektron 9,1*10-31 -1,6*10-19
Prooton 1,6726231*10-27 +1,6*10-19
Neutron 1,674928*10-27 0
Tavaolekus on aatom elektriliselt neutraalne. Seega peab
prootonite arv tuumas ja teda ümbritsevate elektronide arv
võrdne olema. Seda arvu nimetatakse laenguarvuks Z, mis on
tähtsaim aatomit iseloomustav suurus. Vahemaad aatomi
osakeste vahel on ülisuured, aatom sisaldab palju tühja ruumi.
Planetaarmudeli vastuolud.
Päikesesüsteemi hoiavad koos gravitatsioonijõud.
Aatomis toimib positiivselt laetud tuuma ja negatiivse laenguga
elektronide vaheline tõmbejõud. Näiteks H aatomis on elektriline
tõmbejõud gravitatsioonijõust ~1039 korda suurem. Kui elektronid
seisaksid paigal, siis "kukuksid" nad tuumale.
Päikesesüsteemi püsivuse tagab pidev liikumine. Samast lähtub ka
aatomi planetaarmudel, oletades, et elektronide liikumine tuuma
ümber teeb aatomi püsivaks. Vastuolu tekib siin
elektrodünaamika seadustega ­ kiirendusega (ringliikumine on
kiirendusega liikumine) liikuv elektron kiirgab
elektromagnetlaineid, seega peaks elektron kaotama pidevalt
energiat ja langema tuuma
Selliste arvestuste järgi peaks elektroni energia otsa saama 10 -9
sekundiga.
Planetaarmudeli vastuolud
Aatomite püsikindlus
Tegelikkuses on aatomid väga püsiva struktuuriga
moodustised. Isegi elektronide eemaldamine ei kahjusta
aatomit. Esimesel võimalusel hangib ta ettejuhtuvad
elektronid ja taastub esialgses kvaliteedis.
Saab olla vaid üks järeldus: mikro-maailmas kehtivad
seaduspärasused, mis ei sobi makro-maailma.
Vastuolude lahendamine ­ Bohri
aatomiteooria
1913 sõnastab Taani füüsik Niels Bohr vastuolu
lahendamiseks kolm postulaati:
· Statsionaarsete olekute postulaat
· Lubatud orbiitide postulaat ehk kvantreegel
· Kiirguse postulaat
Postulaadid ei olnud kooskõlas klassikalise mehaanika
reeglitega!
Statsionaarsete olekute postulaat
· Aatom võib viibida püsivalt vaid erilistes,
statsionaarsetes olekutes, millele vastavad
aatomi koguenergia teatud diskreetsed
väärtused En
Lubatud orbiitide postulaat
Aatomi statsionaarsetele olekutele vastab elektroni
tiirlemine teatud kindlatel orbiitidel, millel
elektroni liikumishulga (impulsi) momendi
absoluutväärtus on kordne Plancki konstandiga h
= h
m ­ elektroni mass
h
v- elektroni kiirus mvrn = n
rn ­ lubatud ringorbiitide
2
raadius
n- suvaline positiivne Iga orbiidi raadiusele rn vastab aatomi
täisarv koguenergia väärtus En
Veidi ringliikumisest
Jõumoment ja impulsimoment
Jõumoment ­ jõu ja jõu õlakorrutis
M = Fl
Liikumishulk e impulss p = mv
F
NIIS a = Aja t möödudes
m
v - v 0 = at mv - mv 0 = Ft p - p 0 = Ft
Väljendame jõu F jõumomendi M kaudu
M
F M =Fr F =
r
v v0 M
r F p - p 0 = t ehk pr - p 0 r = Mt
r
L = mvr = pr impulsmoment
Kiirguse postulaat
Üleminekul ühest statsionaarsest olekust teise
aatom kiirgab (või neelab) elektromagnetilise
kvandi.
h=En ­ En´
­ kiirguse sagedus
En ­ aatomi algoleku energia
En´- aatomi lõppoleku energia
Kui En.on suurem kui En´ siis aatom kiirgab, vastupidisel juhul neelab
Täisarvu n, mis iseloomustab aatomi võimalikke statsionaarseid
olekuid, nimetatakse KVANTARVUKS
Kvantarv n
Igale kavantarvu väärtusele vastab aatomi
koguenergia En ja elektron tiirleb selles olekus
orbiidil raadiusega rn
Kuna statsionaarses olekus allub aatom tavalistele
mehaanikaseadustele, siis on võimalik nende alusel
arvutada En ja rn
Arvutame vesiniku aatomi energia
· Tuuma laeng +e, tiirleval elektronil ­e
· Gravitatsioon tuuma elektroni vahel tühine,
arvestame ainult elektrostaatilist vastasmõju
q1 · q2
F=k
r2
Colombi seadus, dielektriline
läbitavs, elektriline konstant
0 elektriline konstant (8,85 ·10-12
C2/N · m2 )
1
q1 · q2
k= F=
40
40r2
Kesktõmbe jõud, mis sunnib elektroni masiga m ja kiirusega v
tiirlema orbiidil raadiusega rn, antud juhul võrdne elektrostaatilise
tõmbejõuga (Coulomb´i jõuga) elektroni ja tuuma vahel
mv 2 1 e2 1 e 2
= 2 mv 2 =
rn 4 0 rn 4 0 rn
Aatomi kineetiline energia Ekin tuumaga seotud taustsüsteemis on
võrdne elektroni liikumise energiaga:
mv 2
1 e2
Ekin = seega Ekin =
2 8 0 rn
Elektroni potentsiaalne energia tuuma elektriväljas on aga
järgmine ja võrdub tööga, mida on vaja teha, et tuua elektron
tuuma elektriväljas orbiidile raadiusega rn, see on negatiivne
1 e 2
Seega aatomi 1 e2
E pot =- En = -
4 0 rn koguenergia 8 0 rn
Aatomi koguenergia
2 Aatomi koguenergia sõltub vaid
1 e
En = - elektroni kaugusest tuumast
8 0 rn Aatomi statsionaarsetele olekutele
Arvestades II postulaati vastab elektroni tiirlemine teatud
kindlatel orbiitidel, millel elektroni
h
mvrn = n avaldades v liikumishulga (impulsi) momendi
2 absoluutväärtus on kordne Plancki
2 konstandiga h
1 e
ja et mv 2
=
4 0 rn
nh2 2
1 e 2 0h 2 2
saame = millest rn = n
4 mrn 4 0 rn
2 2
me 2
Aatomi koguenergia
Saadud avaldisest on näha, et rn võimalikud 0h2 2
väärtused sõltuvad peale tuntud konstantide rn = n
ainult kvantarvust n.
me 2
Kõige väiksemat võimaliku rn (n=1) nimetatakse
Bohri raadiuseks
0h2 2 -11
r1 = 1 = 5, 29 10 m
me 2
Aatomi koguenergia
2
1 e
En = -
8 0 rn me 2 1
En = - 2 2 2
0h 2 2 8 0 h n
rn = n
me 2
Aatomi põhioleku n=1 energia on seega
me 2
E1 = - 2 2 = -2,168 10 -18 J = -13,5eV
8 0 h
13,5
Aatomi n oleku energia on seega En = - 2 eV
n
Kokkuvõte 1
1. Aatomituuma olemasolu näitas -osakeste hajumine
2. Aatomi mõõtme suurusjärk on 10-10 m ja tuuma läbimõõt 10-15 m
3. Planetaarmudel põhineb Päikesesüsteemi struktuuril
4. Planetaarmudel ei seleta aatomite püsivust
5. Aatomite püsivuse selgitamiseks tuleb leida teistsugused
füüsikaseadused, mis erinevad oluliselt makrofüüsika seadustest.
Eksperiment ja Bohri teooria
Kuna Bohri teooria oli teoreetiline ja põhines
postulaatidel, mis olid vastuolus klassikalise
füüsika põhimõtetega, siis oli vaja
eksperimenti, mis seda teooriat kinnitaks
Eksperiment
· J. Franck ja G. Hertz 1913
· Eesmärk - kontrollida aatomite statsionaarsete olekute olemasolu
· Idee ­ kui aatomile anda mingi hulk energiat, siis juhul, kui
statsionaarsed olekud on olemas, võtab ta vastu ainult teatud portsjoni,
mis vastab kahe statsionaarse oleku energiate vahele.
· Katses pommitati elavhõbeda aatomeid neile energia andmiseks
kiirendatud elektronidega, mis olid elektrivoolu tekitajateks gaasis
· Vaadeldi voolutugevuse sõltuvust pingest
· Pinge kasvades 4,9 voldini voolutugevus suurenes, kuid pinge edasisel
suurenemisel voolutugevus langes järsult, mis tähendas, et pinge 4,9V
juures kaotasid elektronid elavhõbeda aatomitega oma energia, mille
tulemusena aatomite siseenergia hüppeliselt kasvas
· Järgmine voolutugevuse järsk langus oli 9,8V juures
· Järeldus: aatomil saavad olla vaid teatud diskreetsed energia väärtused,
mille muutumine toimub hüppeliselt.
Spektraalanalüüs
· Spektraalanalüüs on aine keemilise koostise
kindlaksmääramine selle kiirgus- või neeldumisspektri
järgi.
· Spektrite saamiseks kasutatakse spetsiaalseid riistu ­
spektroskoope ja spektrograafe.
· Teadusharu, mis tegeleb spektraalanalüüsiga, nimetatakse
spektroskoopiaks.
Spektrid
· Kiirgusspektrid
­ Pidevspekter. Tahked ained ja vedelikud
­ Joonspektrid. Gaasid
· Neeldumisspektrid. Gaasid tahke aine foonil
Spektrijooned ja energiatasemed.
Elektrivoolu juhtimisel gaasi, hakkab see kiirgama valgust,
mille spekter on joonspekter. See tähendab, et kiiratud valgus
koosneb kindlatest lainepikkustest. Hõredates gaasides
kiirgavad nõrgalt seotud aatomid ja joonspektrid on seega
üksikute aatomite spektrid. Kindlale lainepikkusele vastab ka
kindel kiirguse sagedus.
c
f = (1)
Joonspekter tähendab seda, et aatomid kiirgavad kindla
energiaga footoneid. Footoni energiat saab arvutada eeskirjast
E = hf (2)
H=6,62*10-34 Js ­ Plancki konstant ja f ­ kvandi sagedus
Spektrijooned ja energiatasemed
Kui aatom kiirgab kindla energiaga footoni, siis vastavalt energia
jäävuse seadusele peab ta kaotama samasuure energiahulga.
Mõningane sarnasus on trepist allaveereva keha potentsiaalse
energia vähenemisel. Seega on aatomis ka elektronid kindlatel
energeetiliste tasemetel. Vastavate energiatasemete muster on
iseloomulik igale aatomitüübile ­ keemilisele elemendile.
Elektroni üleminekul kõrgemalt energiatasemelt madalamale
kiirgab aatom valguskvandi energiaga
hf = E2 - E1
Kus E2 ja E1 on vastavate tasemete energiad. Energiat
mõõdetakse erilistes ühikutes ­ elektronvoltides [eV]. Kehtib
seos: 1eV =1,6 10 -19 J
Vesiniku aatomi üleminekud.
Ergastamine
Mehaanikakursusest on teada, et kehale potentsiaalse energia
lisamiseks tuleb tööd tehes kehale juurde anda energiat. Sama
kehtib ka aatomite puhul. Aatomile saab energiat juurde anda
mitmel viisil:
·Kiiritada aatomeid valgusega
·Lastes kiiresti liikuvatel elektronidel põrkuda aatomitega
·Ainet kuumutades
Kui juhtida külmast gaasist läbi valgust, siis tekib nn.
neeldumisspekter. See koosneb tumedatest joontest,mis vastavad
täpselt sama gaasi kiirgamisel tekkivatele heledatele joontele.
Seega gaas neelab kiirgust samuti kindlate väärtuste kaupa, nagu
kiirgab.
Vesiniku aatomi spekter.
Vesinikuaatomi spektrijooned ei asu korrapäratult, vaid on
koondunud teatud rühmadesse, mida nimetatakse seeriateks. Igas
seerias olevad jooned moodustavad koonduvaid jadasid.
Vesiniku aatomi spekter.
Kvantmehaanika põhiidee
· Bohri mudel osutus piiratuks ennustamaks keeruliste
aatomite kiirgusspektreid, miks mõned spektrijooned on
lõhenenud, miks mõni joon on laiem, kui teine
· 1924 Louis de Broglie hüpotees ­ kõigil osakestel on
lainelised omadused (kiirgusspektrite omadusi saaks
sellisel juhul seletada lainetele iseloomulike nähtuste
difraktsiooni ja interferentsi abil)
Massiga m ja kiirgusega v liikuvale osakeksele vastab lainepikkus
h
mv
Seisulained
Täisarvuliselt muutuvate suurustega puutume kokku ka
makrofüüsikas. Pillikeele võnkumisel näiteks. Vaata ka joonist.
Pillikeelt saab panna võnkuma täisarvudega määratud lainetena.
See tähendab, et keele otsad ei saa võnkuda. Lained peavad
mahtuma keele vabale osale. Seisulainetes tekivad võnkumised
sõlmede vahele. Lained levivad keele kinnitusteni ja peegelduvad
sellelt, tekitades interferentsi, mis omakorda tekitab nn.
seisulained. Saavad tekkida ainult kindla pikkusega seisulained,
mille pool lainepikkust mahub täisarv kordi keele pikkusele. Kõik
teised võnkumised summutatakse kiiresti.
· Seisulained makromaailmas on oma diskreetsete väärtustega
samuti hüppeliselt muutuvad füüsikalised protsessid. See
moodustab silla mikro- ja makromaailma vahel.
Elektroni lained
· Aatom meenutab seisulainetes võnkuvat pillikeelt.
· Spektrid kajastavad elektronide siirdeid energiatasemete vahel.
Seisulainete olekus peaksid olema elektronid. Selleks peavad
elektronidel olema laineomadused. Siiski on elektronil olemas
seisumass, mis valgusosakesel puudub. Valgusosake ­ footon ­ ei
saa kunagi peatuda, vaid peab liikuma pidevalt valguse kiirusega.
Samas on valgusosakestel lisaks lainelistele omadustele ka
osakestele iseloomulikud omadused.
· Hüpoteesi "kui on olemas seos lained-osakesed, siis peaks
eksisteerima ka seos osakesed-lained" püstitas prantsuse füüsik
Louis de Broglie. Laineomaduste kinnituseks on sellised nähtused
nagu difraktsioon ja interferents. Kui elektron on laineliste
omadustega, siis peaksid need nähtused ilmnema ka elektroni
puhul. Elektronide lainelisi omadusi kinnitab nende
difraktsioonipilt.
elektronide difraktsioonpilt
B ­ elektronide difraktsioonipilt. Elektronidel on lainelised
omadused!
Elektroni laine olemus.
Laine on millegi perioodilise muutumise levimine ajas ja
ruumis.mis siiski lainetab elektronide juures? Lainefüüsika
seadustele allub elektroni asumistõenäosus antud punktis.
Seda teoreetilist konstruktsiooni nimetatakse ka tõenäosuslaineks.
Need lained ei levi mingis konkreetses materiaalses keskkonnas.
Laineprotsessi kirjeldavat matemaatilist avaldist nimetatakse
lainefunktsiooniks, mida tähistatakse kreeka tähestiku tähega .
Lainefunktsioon määrab osakese leiutõenäosuse antud kohal ja
ajahetkel. Edaspidises tekstis nimetatakse osakese leiutõenäosust
lihtsamalt leiulaineks.
Laineid iseloomustatakse lainepikkusega. Vastava seose tuletas de
Broglie ning see avaldub kujul
h
mv
Mis lainetab elektronilaines?
Lainetus on millegi perioodiline muutumine ajas ja ruumis.
Veelaines lainetab veepind, helilaines õhu tihedus,
valguslaines elektromagnetväli. Mis lainetab elektronilaines?
Mis lainetab elektronis 1
Eelmise slaidi fotojadast võib teha sellised järeldused:
·See, et iga elektroni tabamus tekitab helendava punkti,
näitab, et elektron ei muutu laineks vaid säilitab osakese
omadused.
·Fotojadas suureneb elektronide voo massiivsus järjest.
Voo kasvades võib märgata, et elektronilaine ei määra iga
üksiku elektroni liikumist rangelt.
·Mida rohkem tabamusi, seda selgemalt rühmituvad
tabamused interferentsitriipudesse. Kuna elektrone
väljastati ühekaupa, pidi iga üksiku elektroniga kaasnev
laine interfereeruma iseendaga.
Mis lainetab elektronis 2
· Lainetaoline käitumine ilmneb ainult suure hulga
elektronide korral. Kasutades tabamuste tiheduse
analüüsimiseks tõenäosusteooriat, ilmnes, et iga
mikroosakesega (s.h. elektroniga kaasnevad
tõenäosuslained.
· Need lained ei eksisteeri mingis materiaalses
keskkonnas. Kvantfüüsikas nimetatakse nende
lainete ajalist muutumist kirjeldavat matemaatilist
avaldist lainefunktsiooniks, mida on tavaks
tähistada kreeka tähega . Seda tuntakse ka
nn.psii-funktsioonina.
Mis lainetab elektronis 3
· Suuruse väärtus antud
ruumipunktis on osakese
leiutõenäosus antud ajal ja kohal.
Seda funktsiooni nimetatakse ka
leiulaineks.
Mõõtmised mikro- ja makromaailmas
· Makromaailmas ei avalda mõõteriistad märgatavat mõju
mõõdetavale suurusele, või seda mõju saab arvestada.
Ampermeetriga täpselt mõõtes arvestatakse tema sisetakistust.
Täppiskaalumisel arvestatakse kaalu mehaanilise süsteemi takistusest
tulenevaid parandusi ja isegi keskkonnatingimusi. Sama tegevus
viiakse läbi mistahes makroparameetri mõõtmisel. Kui mõõtmistäpsus
pole probleemiks, jäetakse mõõteriista mõju arvestamata. Vajadusel
viiakse mõõtmistesse sisse vajalikud parandused.
·Mikromaailmas ei saa isegi elektroni ja footoni vastasmõju
arvestamata jätta. Nii peaks elektroni leidmiseks temalt hajuma
vähemalt 1 footon, mis aga muudaks ka elektroni liikumise iseloomu.
Kehtib nn. nõiaring: mida täpsemalt tahame elektroni lokaliseerida,
seda lühemalainelisem (suurema sagedusega) peab olema valgus. Seda
enam aga elektroni häiritakse! Nii tekibki paradoks.
Kvantmehaanika olemus
· Erinevalt klassikalise füüsikast lubab kvantmehaanika
mikroobjektide uurimisel üldjuhul ennustada vaid teatud
sündmuste toimumise tõenäosusi.
· Mikromaailmas, kus uurimisvahendid , näiteks
valguskvandid, on oma "suuruselt" samasugused kui
uuritavad objektid, näiteks elektronid, ei ole võimalik
vältida uurija mõju uuritavale nähtusele või objektile,
uurimisakt ise tekitab märgatava vea kas elektroni
asukoha või siis liikumishulga määramisel (kiiruse)
määramisel.
Heisenbergi määramatuse printsiip
· Ei ole võimalik üheaegselt kui tahes täpselt mõõta
mingi objekti koordinaati ja liikumishulka; mida
täpsemalt me püüame mõõta koordinaati, seda
suurem on ebatäpsus liikumishulga mõõtmisel
p ­ ebatäpsus liikumishulga
p x h mõõtmisel
x ­ ebatäpsus koordinaadi
mõõtmisel
Seega on kvantmehaanikas kirjeldamatu ka osakese täpne
trajektoor, kuna selleks oleks vaja teada osakese täpset kiirust
antud ruumipunktis
Mikromaailma täpsuspiirangud.
· Osakese kirjeldamiseks kasutatavad suurused on paarikaupa
täpsuslikus seoses. Kui ühe suuruse täpsust suurendada,
kaotatakse teise suuruse täpsuses. Nii on näiteks osakese
asukoha ja impulsiga.
· Täpsuspiirang tuleneb otseselt osakeste laineomadustest.
Näiteks ei saa lühikesest helisalvestusest tehtud lühikese
fragmendi alusel informatsiooni terve heliteose noodikirja kohta.
Selleks sisaldab ülilühike fragment liialt vähe võnkeid ­
infoühikuid. Täpsuspiir on määratud seosega:
See ongi täpsuspiirang energia ja
Et h ajavahemike jaoks.
Sõnastatult kõlaks see nii:
· kui osake püsib mingil energiatasemel vaid
ajavahemiku t, ei ole selle taseme energia E
määratav täpsemalt, kui kusagil energialõigu
E=h/ t piires.
· Sama piirang kehtib ka kiiruse (impulsi) ning
koordinaadi puhul. p x=h.
· Täpsuspiirangud formuleeris saksa füüsik Werner
Heisenberg. Tema järgi nimetatakse eeltoodud
seoseid Heisenbergi relatsioonideks.
Schrödingeri võrrand.
Scrödingeri võrrand on mikromaailma e.
kvantmehaanika põhivõrrand.
Analoogiline võrrand on klassikalises mehaanikas
Newtoni II seadus. F=m*a. Kui makrokeha asukoht, talle
mõjuvad jõud ja kiirus on teada, siis saab NII seaduse
abil määrata tema liikumisoleku.
Scrödinger tugines üldisele lainevõrrandile (lainelist
liikumist kirjeldav võrrand). Tulemuseks saadud võrrand
on diferentsiaalvõrrand (sisaldab tuletisi). Sellise
võrrandi lahendid on funktsioonid ­ lainefunktsioonid,
mis kirjeldavad osakeste paiknemise
tõenäosuslaineid.
Potentsiaalibarjäär ja potentsiaaliauk
Kui veerev kuulike kohtab oma teel kerget tõusu (pinnavolti), hakkab tema
kiirus tõusul vähenema.
Seejuures muutub tema kineetiline energia
potentsiaalseks. Kui kuulikese algne kineetiline
energia on suurem, kui voldi kõrgusega määratud
potentsiaalne energia, siis veereb kuulike sellest
üle. Vastasel juhul veereb tagasi, toimub
peegeldumisele sarnane nähtus. Sellist mehaanilist
pinnavolti nimetatakse energeetilisest seisukohast
potentsiaalibarjääriks. Kui voldi kõrgus läheneb
lõpmatusele, saadakse nn. potentsiaalisein. Kui
kuulike jääb kahe barjääri vahele, nimetatakse
sellist situatsiooni potentsiaaliauguks.
Mikromaailmas võivad potentsiaalibarjääre
moodustada elektriväljad, kui nende tugevused
jagunevad ruumis nii, et nad tõkestavad osakeste
liikumist.
Tunneliefekt 1.
Näiteks võib positiivse tuuma tõmbejõud tekitada potentsiaalibarjääri
tuumast eemalduvale elektronile. Lõpmatult suurest
potentsiaalibarjäärist ei saa elektron kuidagi üle.
Tema leiulaine amplituud peab muutuma barjääril nulliks. Barjääri
poole liikuv osake põrkub barjäärilt tagasi. Lõpliku barjääri kõrguse
korral näitab Schrödingeri võrrand, et leiulaine ulatub ka barjääri
sisse, kuigi kahaneb selles kiiresti. Piisavalt õhukese barjääri korral
võib laine siiski läbida barjääri oluliselt kahanenud amplituudiga. See
tekitab võimaluse, et osake võib ka barjääri ületamiseks ebapiisava
energia korral osutuda teisel pool barjääri olevaks. See vastaks nagu
tunneli tekkimisele. Tegelikkuses pole muidugi miskit tunnelit. On
tegu vaid osakese laineliste omadustega seotud efektiga, kus laine
suudab läbida barjääri ja kannab niimoodi ka osakese teisele poole
barjääri. Situatsiooni nimetatakse "tunneliefektiks".
Tunneliefekt 1.
Näiteid:
Radioaktiivne lagunemine, kus eralduvad a-osakesed, mis
saavad väljuda tuumast tunnelleerudes.
Väga tugevas elektriväljas võivad elektronid väljuda ka
kuumutamata ja valgustamata metallist. See on tuntud nn.
Külmemissiooni nime all. Sellel nähtusel põhineb
tunnelmikroskoobi töö.

Vasakule Paremale
Aatomi ja tuumafüüsika #1 Aatomi ja tuumafüüsika #2 Aatomi ja tuumafüüsika #3 Aatomi ja tuumafüüsika #4 Aatomi ja tuumafüüsika #5 Aatomi ja tuumafüüsika #6 Aatomi ja tuumafüüsika #7 Aatomi ja tuumafüüsika #8 Aatomi ja tuumafüüsika #9 Aatomi ja tuumafüüsika #10 Aatomi ja tuumafüüsika #11 Aatomi ja tuumafüüsika #12 Aatomi ja tuumafüüsika #13 Aatomi ja tuumafüüsika #14 Aatomi ja tuumafüüsika #15 Aatomi ja tuumafüüsika #16 Aatomi ja tuumafüüsika #17 Aatomi ja tuumafüüsika #18 Aatomi ja tuumafüüsika #19 Aatomi ja tuumafüüsika #20 Aatomi ja tuumafüüsika #21 Aatomi ja tuumafüüsika #22 Aatomi ja tuumafüüsika #23 Aatomi ja tuumafüüsika #24 Aatomi ja tuumafüüsika #25 Aatomi ja tuumafüüsika #26 Aatomi ja tuumafüüsika #27 Aatomi ja tuumafüüsika #28 Aatomi ja tuumafüüsika #29 Aatomi ja tuumafüüsika #30 Aatomi ja tuumafüüsika #31 Aatomi ja tuumafüüsika #32 Aatomi ja tuumafüüsika #33 Aatomi ja tuumafüüsika #34 Aatomi ja tuumafüüsika #35 Aatomi ja tuumafüüsika #36 Aatomi ja tuumafüüsika #37 Aatomi ja tuumafüüsika #38 Aatomi ja tuumafüüsika #39 Aatomi ja tuumafüüsika #40 Aatomi ja tuumafüüsika #41 Aatomi ja tuumafüüsika #42 Aatomi ja tuumafüüsika #43 Aatomi ja tuumafüüsika #44 Aatomi ja tuumafüüsika #45 Aatomi ja tuumafüüsika #46 Aatomi ja tuumafüüsika #47 Aatomi ja tuumafüüsika #48 Aatomi ja tuumafüüsika #49 Aatomi ja tuumafüüsika #50 Aatomi ja tuumafüüsika #51 Aatomi ja tuumafüüsika #52 Aatomi ja tuumafüüsika #53 Aatomi ja tuumafüüsika #54 Aatomi ja tuumafüüsika #55 Aatomi ja tuumafüüsika #56 Aatomi ja tuumafüüsika #57 Aatomi ja tuumafüüsika #58 Aatomi ja tuumafüüsika #59 Aatomi ja tuumafüüsika #60 Aatomi ja tuumafüüsika #61 Aatomi ja tuumafüüsika #62 Aatomi ja tuumafüüsika #63 Aatomi ja tuumafüüsika #64
Punktid 100 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 100 punkti.
Leheküljed ~ 64 lehte Lehekülgede arv dokumendis
Aeg2009-02-16 Kuupäev, millal dokument üles laeti
Allalaadimisi 176 laadimist Kokku alla laetud
Kommentaarid 4 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid
Autor heleen90 Õppematerjali autor
Slaidid

Sarnased õppematerjalid

thumbnail
39
ppt

Aatomi- ja tuumafüüsika

AATOMI JA TUUMAFÜÜSIKA 12. KL 22.11.12 1 Mikro ja makro 22.11.12 2 Mikro ja makro1 Mikromaailma all tuleb mõista aine elementaarosakesi ja nendega toimuvaid füüsikalisi protsesse. Vastav füüsikaosa kannab nimetust mikrofüüsika. Teadusharu on tekkinud 20. Sajandil. Eelduseks oli radioaktiivsuse, aatomi ja tuuma avastamine. Põhiliseks uurimismeetodiks on siin kaudne katse. Makromailm on see, mida me oma meeltega vahetult tajume. Selles maailmas kehtib klassikaline füüsika oma seadustega. Alused pärinevad 17. Sajandist. 22.11.12 3 Aatomi ehitus ja kvantfüüsika Aatom sarnaneb Päikesesüsteemile. Seda mudelit kutsutakse ka nn planetaarmudeliks. Mudel võeti kasutusele pärast aatomituuma avastamist 1911.a.

Füüsika
thumbnail
56
ppt

Aatom

AATOMI JA TUUMAFÜÜSIKA 12. KL Mikro ja makro Mikro ja makro1 Mikromaailma all tuleb mõista aine elementaarosakesi ja nendega toimuvaid füüsikalisi protsesse. Vastav füüsikaosa kannab nimetust mikrofüüsika. Teadusharu on tekkinud 20. Sajandil. Eelduseks oli radioaktiivsuse, aatomi ja tuuma avastamine. Põhiliseks uurimismeetodiks on siin kaudne katse. Makromailm on see, mida me oma meeltega vahetult tajume. Selles maailmas kehtib klassikaline füüsika oma seadustega. Alused pärinevad 17. Sajandist. Aatomi ehitus ja kvantfüüsika Aatom sarnaneb Päikesesüsteemile. Seda mudelit kutsutakse ka nn planetaarmudeliks. Mudel võeti kasutusele pärast aatomituuma avastamist 1911.a. Tuuma avastamine põhineb Rutherfordi

Füüsika
thumbnail
15
doc

Thomsoni "rosinakukkel" ja Rutherfordi aatomimudel

AATOMIFÜÜSIKA Aatom on keemilise elemendi väikseim osake, mis on ergastamata olekus neutraalne. Aatom koosneb tuumast ja elektronkattest vastavalt läbimõõtudele 10 -15 ja 10 -10 m, massiga suurusjärgus 10 - 27 ...... 10 - 25 kg. Aatomi mass on koondunud 99,9 % ulatuses aatomi tuuma, tuuma tihedus on 10 17 kg / m 3 . Elektronid paiknevad aatomi tuuma ümber kihiliselt , seejuures välimises kihis olevate elektronide arv määrab ära aatomi keemilised omadused. Aatomi elektronkatte laeng moodustub elementaarlaengute kordustest . 1 e = -1,6 10 - 19 C . Aatomituum koosneb positiivsetest prootonitest ja neutraalsetest neutronitest . Elektronide arv ergastamata aatomis on võrdne prootonite arvuga , prootoni laeng võrdne elektroni laengu absoluutväärtusega. Prootonite arvu määrab Mendelejevi tabeli elemendi järjekorranumber , prootonite ja neutronite arvude summa - nukleonide arv võrdub M.tabeli massiarvuga MZ X või X M Z või ZXM

Füüsika
thumbnail
3
doc

Aatomi siseehitus. Kvantfüüsika

Füüsika 123 1. Kust võiks tõmmata piiri mikro- ja makromaailma vahel? - Molekulide ja rakumõõtmete vahele. Suhteline, oleneb mida tahetakse uurida 2. Kirjelda planetaarset aatomimudelit koos suurusjärkudega mõõtmete kohta? - Keskel on positiivselt laetud tuum. Ümber tiirlevad negatiivselt laetud elektronid. Tuuma läbimõõt 10-13 cm ja aatomi läbimõõt on 10-8 cm 3. Mis kinnitab aatomite püsivust? - Elektron liigub kiirendusega ja seetõttu kaotab pidevalt energiat ning peaks kukkuma tuumale. Aga ei kuku, seega on aatomid püsivad kuitahes kaua. 4. Millise järelduse sai teha aatomite püsivusest planetaarmudeli vastuolu kohta? - Mikroosakeste maailmas, aatomimaailmas toimivad mingid uudsed seaduspärasused, mis on sootuks erinevad neist, mida tunneme makrofüüsikast. 5. Kuidas tekib joonspekter? Kirjelda seda spektrit?

Füüsika
thumbnail
5
doc

Aatomifüüsika küsimused ja vastused

selle katsega uurisid? Nad kiiritasid kullalehekest raadiumikübemest kiirguvate alfa- osakestega. Nad uurisid aatomituuma. 3)Millised olid Rutherfordi katse olulised tulemused ja millised järeldused neist sai teha? Tulemuseks leidis rutheford, et positiivne laeng on koondunud tuuma. Järeldati, et Tuumad koosnevad + laenguga prootonitest ja laenguta, neutraalseist neutronitest. 4)Kirjelda planetaarset aatomimudelit koos suurusjärkudega mõõtmete kohta. See sarnaneb päikesesüsteemiga. Aatomi mõõtmed on umbes 10 astmel -10 m, tuuma omad umbes 10 astmel-15m. Teadlased käsitlevad elektroni punktmassina. 5)Kirjelda planetaarsest aatomimudelist tulenevaid raskusi elektronide liikumise kirjeldamisel. Ei saa kirjeldada energia eraldumist 6)Mis kinnitab aatomite püsivust? See et me oleme veel elus. 7)Millise järelduse sai teha aatomite püsivusest planetaarmudeli vastuolu kohta? See ei näita elektronide poolt kiiratavat energiat. 8)Kuidas tekib joonspekter? Kirjelda seda spektrit?

Füüsika
thumbnail
2
doc

Aatom - lühitutvustus

Aatomi planetaarmudel. Sarnaneb päikesesüsteemiga. ,,Päikeseks" on aatomituum ja ,,planeetideks" on tuuma ümber tiirlevad elektronid. Mis jõud on planetaarmudelis mõjuvaks kesktõmbejõuks? Positiivse tuuma ja negatiivsete elektronide vahel olev elektrilised tõmbejõud. Mida väljendab laenguarv Z ? Laenguarv Z näitab prootonite arvu tuumas ja elektronide arvu tuuma ümber. Aatomi mõõtmed. Aatomi mõõtmed on suurusjärgus 10-8 cm, tuuma omad 10-13cm Planetaarmudeli puudused. Planetaarmudel ei selgita aatomite püsivust. Kuidas (ainult nii) võib muutuda aatomi energia? Ergastamise teel. 1) kiiritada aatomeid valgusega 2) lastes kiiresti liikuvatel elektronidel põrkuda aatomitega 3) ainet kuumutades Millise valemiga leida valguse võnkesagedus, kui elektron langeb kõrgemalt energiatasemelt madalamale? hf= E2 ­ E1 , kus E1 ja E2 on vastavate tasemete energiad.

Füüsika
thumbnail
3
doc

Aine ehitus- aatomifüüsika

Aine ehitus- aatomifüüsika Mikromaailm- aine elementaarosakesed ja nendega toimivad füüsikalised protsessid. Uurimismeetod- kaugne katse Makromaailm- maailm, kus kehtib klassikaline füüsika oma seadustega. Kergesti katsetega kontrollitav Thomsoni I aatomimudel: Puudub tuum (tegelikult mitte) Rosinasai- on olemas elektronid, mis paigutuvad suvaliselt Aatom on terviklikult positiivselt laetud. (Tegelikult neutraalne) T. Arvas, et elektronid on positiivsed. Sarnasus: on elektronid ja laeng Rutherford ­ avastas tuuma -osake- heeliumi aatomituum R. alustas selle uurimist. 1906 tõestati, et -osakeste laeng peab olema 2e. (kahekordne positiivne elementaarlaeng- kõige väiksem eksisteeriv laeng looduses) tähis e e= 1,6 · 10 C R. Avastas, et vesiniku aatomi tuumalaeng on +e Kulla aatomi läbimõõt on 3 · 10 m

Füüsika
thumbnail
36
ppt

Aatomifüüsika kõkkuvõttev esitlus

Aatomifüüsika Aatomifüüsika: Bohri aatomimudel: peakvantarv, energianivoo, Bohri postulaadid. Kvantmehaanika teke ja põhiideed. Kaasaegne aatomimudel. Energiatasemed tahkises: metall, pooljuht, dielektrik. Aatomifüüsika · Aatomifüüsika käsitleb keemiliste elementide algosakestes - aatomites toimuvaid protsesse. · Aatomifüüsika kitsamas mõttes tegeleb aatomite elektronkatete uurimisega; aatomituumas toimuvaid protsesse uurib tuumafüüsika. Aatomimudel · Mis on mudel? Sõnaga "mudel" tähistavad teadlased mitte harjumuspärast odavat vähendatud koopiat, vaid originaaliga sarnaselt funktsioneerivat süsteemi. Aatomimudelid · Demokritos 5. saj. e.Kr. andis aatomile nime ­ jaotamatu, katkilõikamatu. · Rosinakukli mudel ­ Thomson · Planetaarmudel · Bohri mudel · Pilve mudel Aatomimudelid · Thomsoni aatomimudel kujutas endast sfäärilise sümmeetriaga homogeenset

Füüsika




Meedia

Kommentaarid (4)

kristjantxx profiilipilt
kristjantxx: millistele klassidele on see mõeldud ja miks just slaidi kujul?
00:17 26-04-2009
kaisake007 profiilipilt
kaisake007: hästi koostatud



17:04 13-12-2011
rubberman profiilipilt
rubberman: tuumafüüsika on kasulik
15:46 10-06-2009



Sellel veebilehel kasutatakse küpsiseid. Kasutamist jätkates nõustute küpsiste ja veebilehe üldtingimustega Nõustun