Aatomifüüsika kõkkuvõttev esitlus (0)
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
positiivset ruumlaengut, mille väljas liigub
elektron (avastati 1897).
Aatomimudelid
· Rutherfordi katse (1911) ja planetaarne
mudel.
· Rutherfordi mudeli kiire populaarsuse
tegelikuks põhjuseks on tema sarnasus
Päikesesüsteemiga.
Rutherfordi katse
Planetaarse mudeli püsivus
· Elektron tiirleb aatomis ümber tuuma
· Tuuma ümber tiirlev elektron liigub
kiirendusega
· Kiirendusega liikuvad elektronid tekitavad
elektromagnetlained, millega kaasneb
elektromagnetkiirgus.
Mis juhtuks elektroniga?
Bohri aatomimudel (1913)
· on aatomifüüsika idealiseeritud objekt,
milles on aatomi planetaarmudelit
täiendatud Bohri postulaatidega.
Bohri aatomimudel
· Bohri 1. postulaat:
Aatom võib olla ainult statsionaarsetes ehk
kvantolekutes, millest igaühele vastab
kindel energia. Selles olekus aatom ei
kiirga, vaatamata elektroni liikumisele
ümber tuuma.
Bohri aatomimudel
· Bohri 2. postulaat:
Elektroni üleminekul suurema energiaga
orbiidilt väiksema energiaga orbiidile
aatom kiirgab kvandi, üleminekul
väiksema energiaga orbiidilt suurema
energiaga orbiidile aga neelab selle.
Bohri aatomimudel
· Aatomi üleminekul ühest statsionaarsest
olekust teise kiirgub või neeldub
elektromagnetlaine kvant energiaga, mis
võrdub aatomi kahe statsionaarse oleku
energiate vahega: hf = | E1 - E2 |
· hf kiirgunud või neeldunud kvandi energia,
E1, E2 aatomi energiatasemed, h Plancki
konstant, f - võnkesagedus
Bohri aatomimudel
· Peakvantarv n - täisarv, mis määrab elektroni
energiataseme aatomis.
· Kui n = 1 , on aatom põhiolekus, kui n > 1 , on
aatom ergastatud olekus.
· Samale peakvantarvule vastavat elektronide
kogumit nimetatakse elektronkihiks.
· Peakvantarvule n vastavas elektronkihis saab
olla maksimaalselt 2n2 elektroni.
Bohri aatomimudel (demo)
· Energianivoo peakvantarvule n vastav
energeetiline väärtus.
· Ühelt energianivoolt teisele minekuga on
seletatav ka joonspektrite teke.
Vesiniku aatomi energianivood:
Kvantmehaanika teke ja põhiideed
· Kvantmehaanika e. lainemehaanika on
laineomadustega mikroosakeste ja nende
kogumite käitumist käsitlev füüsika osa.
Kvantmehaanika põhiideed
· Kvantmehaanika teoreetiliseks aluseks on
Schrödingeri võrrand diferentsiaalvõrrand,
mille kaudu saab arvutada leiulaine
(mikroosakese leiutõenaosust määravad lained)
sõltuvuse koordinaatidest ja ajast, kui on teada
osakese mass ja talle mõjuvad jõud.
Erwin Schrödinger
Kvantmehaanika põhiideed
· Mikroosakeste laineomadustest tulenevad
neile siseomased täpsuspiirangud
(Heisenbergi ebatäpsussuhted, 1927): on
osakest iseloomustavate suuruste paare,
milles kumbagi suurust ei saa korraga
mõõta suvalise täpsusega. Ühe
minimaalne mõõteviga on pöördvõrdeline
teise suuruse mõõteveaga.
Kaasaegne aatomimudel
· Aatom kui elektronpilv
de Broglie lained (1923).
Demo
· Kvant- ehk lainemehaanika
rajaja L.deBroglie
statsionaarsete orbiitide
seisulained.
Energiatsoonid aatomis
Eristatakse lubatud energiatsoone ja keelutsoone.
Lubatud tsoonis saavad elektronid olla, aga
keelutsoonis mitte. Lubatud tsoonid on lahutatud
omavahel keelutsoonidega. Probleem on selles,
kas elektronil on piisavalt energiat, et
keelutsoonist üle hüpata ühest lubatud tsoonist
teise. Selle põhjal eristataksegi metalle, pooljuhte
ja dielektrikuid.
Tahkiste struktuur
· Energiatasemed tahkises. Tahkis tahke keha. Tahked
kehad jagunevad kristallilisteks (keedusool NaCl, jää,
metall) ja amorfseteks (klaas). Kristallilised kehad on
tahkised. Amorfsed kehad on põhimõtteliselt vedelikud väga
suure viskoossusega.
· Kristallides on aatomid või ioonid paigutunud korrapärase
ruumvõrena. Naaberaatomite välised elektronkatted
mõjutavad üksteist. Selle tulemuseks tahkistes on, et
aatomite väliskihi elektronide ehk valentselektronide
energiatasemed muunduvad mitme elektronvoldi laiusteks
energiatsoonideks (1eV = 1,6·10-19J). Tahkistes tekivad
ühistatud elektronid, mis kuuluvad kogu kristallile. Ka
tsoonid on ühised kogu kristallile. Energiatsoonis on
alatasemete energiate vahe suurusjärgus 10 -22eV, st
üliväike ning elektronide siirdumine ühelt alatasemelt teisele
on lihtne kogu energiatsooni ulatuses.
Energiatasemed tahkises
Metall tahkis, milles viimane hõivatud
energiatsoon on vaid pooleldi täidetud
elektronidega (juhtivustsoon) või on
moodustunud hübriidtsoon, st valents- ja
juhtivustsoon osaliselt kattuvad,
keelutsoon puudub. (E=0)
Energiatasemed tahkises
Pooljuht tahkis, mille valentstsoon on täielikult täidetud,
kuid keelutsoon on kitsas (E=13eV). Valguse või
soojuse mõjul saavad elektronid siirduda valentstsoonist
juhtivustsooni.
Pooljuhid on väga tundlikud välismõjude ja lisandite suhtes.
Peamine iseärasus on elektrijuhtivuse järsk suurenemine
temperatuuri kasvades.
Keelutsooni laiust reguleeritakse põhiliselt lisandite
viimisega pooljuhtidesse. Rakenduslikult on kõige
tähtsamaks pooljuhiks olnud räni (Si), aga tähtsad on ka
germaanium (Ge) ja gallium-arseen (GaAs).
n - pooljuht
· n - pooljuht (elektronjuhtivusega pooljuht).
· Kristallvõresse viidud nn. doonorlisandi
fosfori aatomil on üks elektron rohkem,
see ülearune elektron jääbki kristallis
vabalt liikuma.
p - pooljuht
· p - pooljuht (aukjuhtivusega pooljuht)
· Lisandi - boori aatomil on üks elektron
vähem kui ränil - alumises täidetud tsoonis
tekib vaba koht (nn. "auk"), kuhu võib
sattuda elektron naaberaatomi juurest.
pn-siire
Pooljuht-ventiil:
· n- ja p-pooljuhte eraldavat pinda
läbib vool vaid siis, kui elektriväli
suunab nii elektronid kui
"augud" eralduspinna poole.
Vastassuunalise pinge korral
tekib pooljuhtide eralduspinnal
vastassuunalise väljaga Ev
tõkkekiht.
Energiatasemed tahkises
· Dielektrik tahkis, milles esinevad vaid
täielikult täidetud ja päris tühjad
energiatsoonid. Keelutsooni suure laiuse
tõttu ei saa välimine elektriväli põhjustada
elektronide siirdumist valentstsoonist
juhtivustsooni. (E=510eV).
Aatomifüüsika rakendused
· Luminessents külm helendus
· Luminofoorid luminestseeruvad ained
Aatomifüüsika rakendused
· Erinevad valgused
· Laser - Light Amplification
by Stimulated Emission of
Radiation
· Laseri valgus on
koherentne ja
monokromaatiline
Laser
· Valguse teke
Laser
Laser
Laser
Laser
Laser
Aatomifüüsika kokkuvõte 36-l slaidil.
Sarnased õppematerjalid
13
docx
Füüsika konspekt - aatomifüüsika, aatomimudelid
toimuvaid protsesse uurib tuumafüüsika.
1. J. J. Thomson 1903. a. - esimese aatomimudel.
Thomsoni aatomimudel kujutas endast sfäärilise sümmeetriaga homogeenset positiivset
laengut, mille väljas liigub elektron.
2. Rutherfordi planetaarne aatomimudel 1911.a.
Elektronid tiirlevad tuuma ümber, meenutab Päikesesüsteemi ehitust. Oli õige mittekiirgava
aatomi suhtes.
3. Bohri aatomimudel 1913.a.
Seotud Bohri postulaatitega. Selgitavad, millal aatom kiirgab, millal neelab valguskvante.
Rutherfordi katse skeem
A - osakeste allikas;
K - märklaud (kuldleht);
S - stsintsilloskoop (mikroskoop, mille ette on pandud tsinksulfiidiga kaetud ekraan).
Mõõdetakse hajumisnurka .
Planetaarne aatomimudel
2. teema - Bohri postulaadid
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
3
doc
Füüsika kordamine
Tulemus: alfaosakesed hajusid
kuldplaadilt. Järeldus: Thomsoni aatomimudel ei ole õige, laiali olev positiivne laeng ei suuda
alfaosakesi hajutada,seepärast peab pos laeng olema kitsas piirkonnas TUUMAS.
3. Planetaarne aatomimudel: T 10-13cm A - 10-8cm. Mudeli positiivsus: selgitab hästi aatomi ehitust.
Negatiivsus: ei selgita aatomi püsivust. Ringjooneliselt liikuv elektron liigub kiirendusega ja seepärast
peaks ta kiirgama kogu aeg energiat ja aatom peaks lakkama olemast . See on klassikaline füüsika
käsitlus.
4. Bohri postulaadid: 1)bElektron liigub aatomis ainult kindlatel orbiitidel. Kindlatel orbiitidel elektron
energiat ei kiirga. 2) Elektroni üleminekulnühelt kindlalt orbiidilt teisele aatom kiirgab või neelab energiat
kindlate portsionite kaupa.
5. Kvantimistingimus: lubatud raadiuste väärtused tulenevad Bohri arvates kvantimistingimustest.
Sõnastus: liikumishulga moment on jääv suurus
2
docx
Füüsika 1. KT
meditsiin(silma
operatsioonid), holograafia, laserprinterid, laserplaadid, laserplaadi mängijad. kas
statsionaarsetel orbiitidel tiirlevad elektronid kiirgavad elektromagnetlaineid? mida uuriti
Rutherfordi katses?- Ei kiirga, uuriti aatomi ehitust, ruumikasutust elektronide ja tuuma
paiknemist. Kirjelda Bohri aatomimudelit.- aatomi planetaarmudel, mida on täiendatud Bohri
postulaatidega: 1. Elektron võib aatomis liikuda ainult kindlatel statsionaarsetel orbiitidel.
Sellises olekus aatom ei kiirga. 2. Aatom kiirgab või neelab energiat, kui elektron vahetab
orbiiti . miks kasutatakse füüsikas sageli mudeleid: - on lihtsam, selgem ja vahel ka
ainuvõimalik et kirjeldada mingit katset. Originaaliga sarnane funktsioneerimise süsteem või
otseselt originaaliga samastuv. Millal aatom kiirgab kvandi?-elektroni üleminekul suurema
energiaga orbiidilt väiksema energiaga orbiidile. Millal aatom neelab kvandi?- el üleminek
väiksema energiaga orbiidilt suuremale
13
doc
Mehhaaniline liikumine
väljumistööga.
Kvandi energia J
Elektroni väljumistöö A J
Elektroni mass m kg
Elektroni kiirus v m/s
Plancki konstant h J*s
Kvandi sagedus f s-1 Hz
Valguskvandi levimise kiirus vaakumis c m/s
V kursus. Aine struktuur
Aatomifüüsika
Bohri aatomimudel aatom võib olla nn. statsionaarsetes olekutes, millest igaühele vastab kindel
energia. Selles olekus aatom energiat ei kiirga, vaatamata elektroni liikumisele ümber tuuma. Bohri
aatomimudel kujutab endast mikrosüsteemi, kus aine on koondunud positiivse laenguga
aatomituuma 10-15m läbimõõduga ja mille ümber tiirlevad neg laenguga elektronid. Tuuma ümber
tiirlevate elektronide arv on võrdne prootonite arvuga tuumas ning võrdne jrk numbriga
Mendelejevi tabelis.
2
doc
Aatomfüüsika küsimused
1896.a. Henri Becquerel: avastas radioaktiivsuse
1902.a. Ernst Rutherford ja Frederick Soddy: radioaktiivsus on aatomite muundumine
1909.a. Robert Millikan: mõõtis elektroni laengu ja tegi kindlaks, et see on vähim laeng looduses
1911.a. Ernst Rutherford: pommitas õhukest kuldlehte He aatomi tuumadega ja jälgis nende hajumist.
1. Kirjelda Thomsoni aatomimudelit. Miks räägitakse aatomi mudelist? Mis on mudel?
- Kujutab rosinakuklina, kus elektronid on rosinad ja saiaks on aatom.
- sest me ei näe aatomit ja ei tea, milline see on. Meil on olemas informatsioon, mis tuleb osakeste ja kiirguste
kaudu
- mudel on ettekujutis uuritavast objektist
2. Kirjelda Rutherforfi katset. Mida sellega püüti uurida?
- alfaosakesed suunati väga õhukesele kuldlehele ja jälgiti nende käitumist ja haihtumist ning ka tagasipõrkumist.
- et teada saada, milline on aatomimudel
- mõõdetakse osakeste hajumisnurka
3. Millised järeldused tehti Rutherfordi katsest?
4
doc
AATOMIFÜÜSIKA
1896.a. – Henri Becquerel: avastas radioaktiivsuse
1902.a. – Ernst Rutherford ja Frederick Soddy: radioaktiivsus on aatomite muundumine
1909.a. – Robert Millikan: mõõtis elektroni laengu ja tegi kindlaks, et see on vähim laeng looduses
1911.a. – Ernst Rutherford: pommitas õhukest kuldlehte He aatomi tuumadega ja jälgis nende hajumist.
1. Kirjelda Thomsoni aatomimudelit. Miks räägitakse aatomi mudelist? Mis on mudel?
- Kujutab rosinakuklina, kus elektronid on rosinad ja saiaks on aatom.
- sest me ei näe aatomit ja ei tea, milline see on. Meil on olemas informatsioon, mis tuleb osakeste ja kiirguste
kaudu
- mudel on ettekujutis uuritavast objektist
2. Kirjelda Rutherforfi katset. Mida sellega püüti uurida?
- alfaosakesed suunati väga õhukesele kuldlehele ja jälgiti nende käitumist ja haihtumist ning ka tagasipõrkumist.
- et teada saada, milline on aatomimudel
- mõõdetakse osakeste hajumisnurka
3. Millised järeldused tehti Rutherfordi katsest?
5
pdf
MIKROMAAILMA FÜÜSIKA
aastal avastas J.J. Thomson katoodkiiri uurides esimese aatomist väiksema
osakese, mida hiljem hakati nimetama elektroniks. Thomson näitas, et katoodkiired
koosnevad negatiivse laenguga osakestest, mis on vesiniku aatomist üle 1000 korra
kergemad. Kiiresti sai selgeks, et nii katoodkiirtes kui ka metalljuhtmetes kannavad
elektrivoolu just elektronid. Kuna elektronid võivad kanda aatomist välja negatiivset
laengut, aga väga vähe massi, on loogiline arvata, et aatom koosneb põhiliselt
positiivse laenguga raskest „aatomitaignast”. Nii pakkuski Thomson 1904. aastal välja
esimese teaduslikult põhjendatud aatomimudeli, mida nimetatakse
„ploomipudinguks”, eesti keeles on hakatud nimetama „rosinakukli mudel”.
Elektronid on selles mudelis nagu rosinad saias, kuigi elektronid ei püsi paigal nagu
need rosinad seal saias, vaid peavad tiirlema või võnkuma. Liikuvate elektronide
Meedia
Kommentaarid (0)
Kõik kommentaarid