ühelt lubatud orbiidilt teisele. En1-En2=hf Bohril õnnestus oma teooria abil tuletada valem, mis kirjeldab vesiniku aatomi spektrit. Teooria jääb keerulisemate aatomite spektrite kirjeldamisel jänni. Suutis kirj vesiniku aatomi spektri. Elektron asub tuumale lähimal orbiidil, siis nimetatakse seda aatomi põhiolekuks (n=1) NB Elektroni leiu tõenäosus on võrdeline tema leiulaine amplituudi ruuduga. KVANTMEHAANIKA Kuna ilmnesid, et mikromaailmas osakestel on olemas laineomadused, siis tuli luua uus teooria, mis kirjeldaks nende laineosakeste käitumist (SCHRÖDINGER ja HEISENBERG). KM kirjeldab elektronileiutõenäosust nn lainefunktsioon e LEIULAINE, mille kuju saab lahendades ära SCH võrrandi. See on teist järku osatuletisega diferentsiaalvõrrand. MIKROMAAILMA TÄPSUSPIIRANGUD Osutub, et ,,tänu" osakeste lainelisusele ei ole korraga võimalik määrata (täpselt) *osakese asukohta ja impulssi *ajahetke ja osakese
mass. z- laenguarv- prootonite arv, jrk nr tabelis. Vahemaad aatomi osakeste vahel on ülisuured. Aatomid on väga püsiva struktuuriga. Planetaarmudeli vastuolu- elektron peab makroseaduse järgi pidevalt elektromagnetlained kiirgama, aga energia otsa ei saa. Kõik ringjoonelised kehad kiirgavad energiat. Energiat kiirates kaotab energiat ja peaks kukkuma tuumele peale. Tegelikult on stabiilsed ega kuku e. makroseadused ei kehti mikromaailmas. Mikromaailmas kehtivad seadused, mis ei sobi makromaailma. Bohri aatomiteooria postulaadid: statsionaarsete olekute postulaat Elektron võib aatomis liikuda ainult kindlatel statsionaarsetel orbiitidel. Selles olekus aatom ei kiirga. (Aatom omab kindla energiaga statsionaarseid ehk ajas muutumatuid olekuid) lubatud orbiitide postulaat ehk kvantreegel Aatom kiirgab või neelab energiat, kui elektron vahetab orbiiti. (Aatom kiirgab või neelab
fundamentaalosakesed. Leptoneid esineb ka vabade osakestena, kvargid aga ei saa vabana eksisteerida. 5. Millistest kvarkidest koosneb neutron ja millistest prooton? Prooton koosneb kahest u-kvargist ja ühest d-kvargist( p=(uud)); neutron koosneb aga ühest u-kvargist ja kahest d-kvargist(n=(udd)) 6. Milline seaduspära kehtib universumis eksisteerivate kvarkide- antikvarkide arvu kohta? Kvarkide ja antikvarkide koguarv on jääv. 7. Miks võeti kasutusele suurus "värvilaeng"? Mikromaailmas kehtib Pauli keeluprintsiip mille kohaselt samas süsteemis ei tohi olla kahte täpselt samasugust elementaar osakest. Et eristada prootonis ja neutronis olevaid ühesuguseid kvarke võeti kasutusele uus omadus värvilaeng millevõrra kvargid teineteisest erinevad. 8. Selgita värvilaengu iseärasusi ja seost valgusega? Värvilaengu omadus võeti sarnaselt valgusega kus 3 põhivärvi liitmisel saame tagasi valge valguse ehk värvilaengu omaduse puudumise
h h h Ek Em E h f , , x p ja E t ning tean ka tähiste seletusi. mv 2 2 tuua näiteid fotoefekti rakenduste kohta – CCD sensor, päikesepaneelid selgitada, miks kasutatakse füüsikas (või mikromaailmas) mudeleid - mikromaailma elemente pole võimalik meil näha, seega kasutame mudeleid. Teine põhjus, miks ka mikromaailmas mudelid, sest me ei tea täpselt, millised osakesed on, seega oleme appi võtnud lihtsustatud mudeli. kirjeldada elektronide paiknemist ja liikumist erinevates aatomi mudelites; kirjeldab elektronide difraktsiooni kui kvantmehaanika aluskatset; selgitada valguse ja spektrite tekkimist lähtudes Bohri aatomi mudelist;
Vastastikmõjude puudumisel või Asendamisel on keha paigal või Liigub sirgjoon. Inerts- keha püüab oma liikumisolekut säilitada New. II seadus- liikumishulga muut- massi mõõtmisel inertsuse kaudu sama jõu poolt kiirendus. a1/a2=m2/m1 m1-unknow, m2-known a- kiiredus, vastastikmõju mõõdetakse jõuga, gravitatsioon, elektromagnet, tugev ja nõrk-mikromaailmas kiirendus on võrdeline jõuga ja pöördvõrdeline keha massiga a=F/m F=ma 2 keha tõmb. teine. jõuga mis võrdeline massi korrutisega ja pöördvõrdeline kauguse ruuduga Fg=Gm1m2/r2 G-gravitatsiooni konstant r- kehade kaugus Fr=GMm/R2 M-maa mass, m-keha mass, R-maa r 6*1024 6400, a=F/m=GM/R2 Keha kaal on jõud, a1/a2=m2/m1 m1-unknow, m2-known a- kiiredus, a=F/m F=ma Fg=Gm1m2/r2 G-gravitatsiooni konstant r- kehade kaugus Fr=GMm/R2 M-maa mass, m-keha mass, R-maa r
Bohri postulaadid: 1. Elektron võib liikuda ümber tuuma vaid kindlatel (statsionaarsetel) orbiitidel ja siis ta energiat ei kiirga. 2. Üleminekul ühelt statsionaarselt orbiidelt teisele kiirgab või neelab elektron energiakvandi, mille energia on võrdne elektroni energiate vahega antud orbiitidel. Mikroosakestele on omane dualism: ühelt poolt võib neid vaadelda kui osakesi, millel on mass, teiselt poolt kui lainetust. Mikromaailmas kehtivad täpsuspiirangud: samaaegselt ei ole võimalik kuitahes täpselt mõõta kaht füüsikalist suurust. Tunnelefektiks nimetatakse nähtust, kus osake on võimeline ületama potentsiaalibarjääri ilma välist energiat kasutamata, kui barjääri laius on väiksem kui osakese lainepikkus. Kvantarvudeks nimetatakse täisarve, mis kirjeldavad elektronide orbiite aatomis. On olemas peakvantarv, orbitaalkvantarv, magnetkvantarv ja spinnkvantarv. Tõrjutusprintsiip e
Milles avalduvad elektroni lainelised omadused Elektron omab lainelisi omadusi, mida saab jälgida, kui lasta elektrone läbi kitsa pilu. Elektronid ei paikne siis ruumis ühtlaselt, vaid nende paiknemine sarnaneb interferentsi ribadega, st, elektroni on mõnes ruumipunktis võimalik leida suurema tõenäosusega kui kõrvalpunktist. St nim neid ka tõenäosuslaineteks. Heisenbergi relatsioonid Teisisõnu ebatäpsuspiirangud on mikromaailmas ebatäpsussuhtes, mille järgi mikromaailmas on füüsikaliste suuruste paare, millest kumbagi suurust ei saa korraga määrata suvalise täpsusega. Ühe määramise täpsust suurendades väheneb teise määramise täpsus: kiirus ja koordinaat Energia ja aeg. Pauli keeluprintsiip Ehk tõrjutusprintsiip: ühes aatomis ei saa olla ühesuguste kvantarvudega elektroni. Ühel kihil saab olla maksimaalselt teoreetiliselt 2nruudus elektrone. Mida näitavad periood ja rühm
10 astmes -10 m TUUMA SUURUSJÄRK u. 10 astmes -15 m ELEKTRONI VAADELDAKSE PUNKTMASSINA, SETS SUURUS POLE TÄHTIS Prootonid + neutronid = nukleonid Tuumas pos prootonid ja neutraalsed neutronid ELEMENTAARLAENG kõige väiksem laeng looduses u. 1,6 * 10 astmes -19 C Laenguarv Z on kõige tähtsam aatomit isel suurus. Z = elemendi järjek nr = prootonite arv = elektronide arv Planetaarmudeli vastuolu ringjooneliselt liikuvad objektid kiirendavad ja kaotavad energiat. MIKROMAAILMAS KEHTIVAD SEADUSPÄRASUSED, MIS EI SOBI MAKROMAAILMA Postulaadid (Bohr) 1. aatom omab kindla energiaga ajas muutumatuid olekuid ( st et elektronid saavad olla vaid kindlatel orbiitidel) 2. aatom kiirgab või neelab valguskvandi vaid siirdel ( kui läheb üle ühelt tasemelt teisele) Madalamalt tasemelt kõrgemale e eemaldub tuumast neeldub Kõrgemalt madalamale tasemele e läheneb tuumale kiirgab
Valguse kiirgumine Sinagina Liza 11B Juba saime teada, et aatomite maailmas, mida nimetatakse ka mikromaailmaks, kehtivad hoopis teised seadused, kui meile silmaga nähtavas maailmas ehk makromaailmas. Valguse kiirgumise vesiniku aatomis. Näiteks mikromaailmas on mõned füüsikalised suurused kvantiseeritud. See tähendab, et neil ei saa olla suvalisi väärtusi, vaid ainult teatud kindlaid väärtusi. Need väärtused saavad üksteisest erineda vaid kindlate suuruste – nn kvantide kaupa. Üheks selliseks suuruseks on energia. Tuleb välja, et aatomitel saab olla ainult teatud kindla väärtusega energiaid. Energia kvantolemus võib ilmneda ka makromaailmas. On selliseid olukordi,
Aristoteles arvas, et Maa on maailma keskpunkt ja et teised taevakehad Päike, planeedid ja Kuu liiguvad ümber Maa. M. Kopernik oli esimene, kes ütles et mitte Maa ei ole maailma keskpunkt, vaid seda on Päike. See leidis kinnituse läbi Galilei. Viimaste aastate jooksul on toimuned tormiline areng . Oleme jõudnud arusaamadele, mis toimub Universumis- Päikesesüsteem, Linnutee, teised galaktikad. Lisaks sellele on avastatud ka mikromaailmas tuuma energia ja selle rakendamine- tuumaenergeetika. Korduvaid nähtusi, sellest tulenevaid teadmisi ammame edasi järgnevatele põlvkondadele. Teadusliku meetodi põhieesmärk on üles leida need saladused, mille alusel korduvad nähtused toimuvad. Nüüdisaegse füüsikalise maailmapildi 5 näidet: * kiirendi- nähtamatute osakeste nähtavaks muutmine põrgete tagajärjel *kosmosejaamad mis töötavad pikaajaliselt *vesinikpomm * tuumarelv * taastuv energia kasutusele võtmine
Sublimatsioon: tahke gaas. Energia neeldub: mol vaheliste vastastikmõju ületamine (?) Härmatumine: gaas tahke. Energia eraldub: ____________________________ 9. Absoluutne ja suhteline õhu niiskus Absoluutne õhuniiskus näitab veeauru massi kuupmeetris õhus. Suhteline õhuniiskus näitab protsentuaalselt, kui palju on veeauru õhus võrrelduna küllastunud olekuga. S=hetkeline/küllastunud ehk absoluutne korda 100% 10. Mis on (eba) täpsuspiirang? Mikromaailmas esinevad ebatäpsuspiirangud st. mikromaailmas on osakest iseloomustavate suuruste paare, mille kumbagi suurust ei saa korra määrata suvalise täpsusega. Suurendades ühe määramise täpsust, väheneb teise määramise täpsus. Nt. energia ja aeg, impulss ja koordinaat. 11. Mis on ja potentsiaalibarjäär ja potentsiaaliauk ja kus esinevad aatomis? Potentsiaalibarjäär on tõke, mille ületamiseks puudub kehal piisav energia.
Mõlemal on olemas antud teadmiste tasemel vähimad osakesed, mida aine korral nimetatakse fundamentaal- või alusosakesteks, välja korral aga kvantideks. Energia miinimumi printsiip väidab, et kõik iseeneslikud ehk mitte välismõjust tingitud protsessid kulgevad looduses alati energia kahanemise suunas. 3. Mis on tõrjutuse printsiip. Makromaailmas tähendab tõrjutusprintsiip seda, et kaks ainelist objekti ei saa korraga paikneda samas ruumiosas. Mikromaailmas tähendab tõrjutusprintsiip seda, et kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla täpselt samas kvantolekus. Tõrjutusprintsiip määrab näiteks ära, kui palju elektrone saab olla aatomite elektronkihtides 4. Mis on absoluutkiirus, milline on valguse kiirus. Absoluutkiiruse printsiip väidab, et valguse kui väljalise objekti jaoks pole liikumine suhteline, vaid vastupidi absoluutne. Suhtelisteks osutuvad hoopis pikkus, aeg ja mass. Absoluutkiirus on suurim võimalik kiirus,
Elektronkatte kihte tähistatakse s,p,d,f ja g. Elektronmikroskoobis kasutatakse valgusvihkude asemel elektronkimpu ehk kiirete elektronide voogu. Pilt tehakse nähtavaks luminestseerival ekraanil või jäädvustatakse fotoplaadile. See on parem kui tavaline valgusmikroskoop, sest see suurendab objekte sadu kordi rohkem. Potentsiaalibarjäär: ruumipiirkond, milles osakese potentsiaalne energia on suurem kui tema koguenergia, mikromaailmas on need nt elektriväljad. Potentsiaaliauk: potentsiaalibarjääriga ümbritsetud ruumipiirkond, milles osakese potentsiaalne energia on väiksem kui tema koguenergia nt kaev, kus ergastatud lained peegelduvad kaevu seintelt ja moodustavad veepinnal seisvaid laineid. Tunnelbarjäärmikroskoop teeb nähtavaks üksikaatomeid ning saadakse jälgida nende paiknemist aine pinnal. Alfalagunemine: aatomituuma radioaktiivne muundumine, mille korral kiirgub alfaosake(2p, 1n).
seadus üheks massi ja energia jäävuse seaduseks. *Säilis aja pöörduvus. Voimalus liikuda ajas nii edasi kui ka tagasi. * Säilis arusaam, et mikro- ja makronähtused alluvad samadele universaalsetele seadustele. * Säilis ettekujutus dünaamiliste, üksühest seost väljendavate seaduste primaarsusest. Arvati, et statistilisi seadusi on võimalik taandada üksühest sõltuvust väljendavatele seadustele. Mikronähtused nähtused, mis toimuvad mikromaailmas Coulombi seadus kaks punktlaengut mõjutavad teineteist jõuga, mis on võrdeline nende laengute korrutisega ja pöördvõrdeline laenguvahelise kauguse ruuduga Induktsioon E1=delta l / delta t Kvantteooria põhjustatud muutused maailmapildis *energia kiirgub vaid portsjonite kaupa; energiaportsjonit nim. kvandiks *klassikalise füüsika seadused ei kehti aatomisiseste protsesside korral; mikro- ja makromaailma seadused on erinevad
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
vaja osakesel rohkem energiat kui tal tavaliselt on 7. Mis on potentsiaaliauk? Potensiaaliauk on see kui osake on ümbritsetud mitmest küljest potensiaalibarjääriga. 8. Millal kuulike ületab potentsiaalibarjääri? Kuulike ületab potensiaalibarjääri sel juhul kui ta pääseb barjääri seinte vahelt välja. 9. Kas mikroosakeste jaoks mängib rolli gravitatsioonienergia? Ei 10. Mis võivad tekitada potentsiaalibarjääre mikromaailmas? Kineetiliste energiate muutumine/muutmine. 11. Mis juhtub elektroni leiulainega, kui ta jõuab lõpmata kõrge potentsiaalibarjäärini? Sellest kürgest potensiaalibarjäärist ei saa elektron mitte mingil juhul üle. 12. Mis juhtub leiulainega, kui ta jõuab lõpliku kõrgusega barjäärile? Sel juhul ulatub leiulaine pisut ka barjääri sisse 13. Mis juhtub leiulainega, kui lõpliku kõrgusega barjäär on väga õhuke?
Elektron pole mitte osake,vaid laine.Mehaanika vähima mõju printsiip on ekvivalentne Fermat´ printsiibiga optikas,kui keha impulss p=mv asendada lainearvuga valemi p=hk abil.EHK omistades liikuvale osakesele lainepikkuse lambda=h/p,võime trajektoori leidmisel kas interferentsivalemeid. 2) .Mikromaailma täpsuspiirangud(määramatuse relatsioonid).Määramatus on seotud mõõtmisega.Mõõtmine vigadega.Meil ei ole üheaegselt võimalik mõõta aega&energiat(mikromaailmas).Kui määrata 1 täpsex,jääb teine määramatux.Meil ei ole üheaegselt võimalik mõõta impulssi(kiirust)&asukohta. 3) Bohri aatomimudel.Elektronid võivad aatomis liikuda ainult kindlatel statsionaarsetel orbiitidel.Sellisel orbiidil liikudes elektron ei kiirga.Ringorbiidil avaldub seisulaine: L=n x lambda lambda=(2Pii x R)/h.Elektroni üleminekul suurema energiaga orbiidilt väiksema energiaga orbiidile aatom kiirgab kvandi,üleminekul väiksema energiaga orbiidilt suurema
aine keemilised omadused. Üksikul aatomil ei ole aine keemilisi omadusi! Molekuli mõiste füüsikas: aine koostisosake, mis on pidevas liikumises. Ühe ja sama aine kõik molekulid on absoluutselt eristamatud. Vee molekulid on ühesugused nii Marsil, taimedes, keemialaboris saadud vees, meie kehas jm. Üldiselt asuvad molekulid mikro- ja makromaailma vahel. Makromolekulidel võivad esineda juba teatud defektid. See annab neist moodustatud objektidele isikupära. Mikromaailmas kaob individuaalsus täielikult. Kui aatomid on võrdlemisi ühe suurusega, siis molekulide mõõtmed võivad suures plaanis erineda. Nt vee molekul on u 3,3 Å, aga elusorganismi makromolekulid võivad olla ligi 100000 Å. Samuti on erinevate ainete molekulid vägagi erineva massiga. Kaudselt on ka inimene oma tunnetusorganitega võimeline eristama molekule vaatamata nende üliväikestele mõõtmetele: nt peegeldavad kihid peeglitel, õlikile vee peal, lõhnaaine piisad õhus.
Sublimatsioon: tahke gaas. Energia neeldub: mol vaheliste vastastikmõju ületamine (?) Härmatumine: gaas tahke. Energia eraldub: ____________________________ 9. Absoluutne ja suhteline õhu niiskus Absoluutne õhuniiskus näitab veeauru massi kuupmeetris õhus. Suhteline õhuniiskus näitab protsentuaalselt, kui palju on veeauru õhus võrrelduna küllastunud olekuga. S=hetkeline/küllastunud ehk absoluutne korda 100% 10. Mis on (eba) täpsuspiirang? Mikromaailmas esinevad ebatäpsuspiirangud st. mikromaailmas on osakest iseloomustavate suuruste paare, mille kumbagi suurust ei saa korra määrata suvalise täpsusega. Suurendades ühe määramise täpsust, väheneb teise määramise täpsus. Nt. energia ja aeg, impulss ja koordinaat. 11. Mis on ja potentsiaalibarjäär ja potentsiaaliauk ja kus esinevad aatomis? Potentsiaalibarjäär on tõke, mille ületamiseks puudub kehal piisav energia. Potentsiaaliauk on
ruumis paiknevad väljad. Tõrjutuse printsiip makromaailmas tähendab seda, et ainelisi objekte ei saa asetada teineteise sisse. Kui pista vett sisaldavasse anumasse mingi keha, siis vedeliku tase tõuseb. Põhjuseks on see, et vesi ja keha ei saa üheskoos samas ruumiosas paikneda seepärast tõrjub keha oma asukohast vee välja. Tõrjutuse printsiipi väljendab ka see, et kaks veejuga ei saa teineteist segamatult läbida. Mikromaailmas kehtib veidi teistsugune tõrjutuse printsiip: Kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla samas kvantolekus. Tõrjutuse printsiip kehtib ainult aineliste objektibe puhul! Superpositsiooniprintsiibiks nimetatakse seda, et väljad ei sega üksteist ja ühtimisel nende mõjud liituvad. (super -- ladina k. peal, sees; positio -- ladina k. asetsemine). Superpositsiooniprintsiibi kehtivust kinnitab näiteks tõik, et erinevalt ainelistest veejugadest
printsiip. Selle printsiibi järgi ei saa ükski osake viibida olekus, kus näiteks tema impulsil ja koordinaadil oleks ühel ja samal ajal täielikult määratud täpne väärtus. Makroskoopliste kehade liikumise korral määramatuse printsiibil praktilist tähtsust ei ole. Vastavalt osakeste-lainete dualismi printsiibile avalduvad mikroobjektide käitumises nii osakeste kui ka lainete omadused. See on mikromaailmas üldine nähtus ning see ilmneb kõigil elementaarosakestel. Füüsikaliste protsesside kirjeldamisel on alati mõistlik toetuda nn. potentsiaalse energia miinimumi printsiibile. Nimelt, igas füüsikalises süsteemis kehade liikumisel süsteemisiseste vastastikmõjude toimel süsteemi potentsiaalne energia väheneb, püüdes saavutada antud tingimustes minimaalset väärtust. Eelmisega on teatud mõttes sarnane entroopia kasvu printsiip. Entroopia iseloomustab
suurusele, või seda mõju saab arvestada. Ampermeetriga täpselt mõõtes arvestatakse tema sisetakistust. Täppiskaalumisel arvestatakse kaalu mehaanilise süsteemi takistusest tulenevaid parandeid ja isegi keskkonnatingimusi. Sama tegevus viiakse läbi mistahes makroparameetri mõõtmisel. Kui mõõtmistäpsus pole probleemiks, jäetakse mõõteriista mõju arvestamata. Vajadusel viiakse mõõtmistesse sisse vajalikud parandid. 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. Potentsiaalibarjäär ja potentsiaaliauk
aatomituumade uurimine, teise sisuks on elementaarosakeste olemuse, omaduste ja vastastikuste muundumiste uurimine. Käsitletavate probleemide ja uurimismeetodite rakendamise osas säilis neil aga palju ühist. Tuuma ja elementaarosakeste füüsika tekkis ja arenes vastavate seadmete leiutamise tõttu. Need on tuumade ja elementaarosakeste põrkumiste ning vastastikuste muundumiste registreerimise ja uurimise seadmed. Just need seadmed annavad informatsiooni mikromaailmas toimuvatest sündmustest.[1] ELEMENTAAROSAKESTE JÄLGIMISE JA REGISTREERIMISE MEETODID Elementaarosakesi õnnestub vaadelda tänu neile jälgedele, mida nad jätavad ainest läbiminekul. Jälgede iseloom lubab otsustada osakese energia, impulsi jms üle. Laetud osakesed kutsuvad oma teel esile molekulide ionisatsiooni. Neutraalsed osakesed ei jäta jälgi, kuid võivad endast märku anda laetud osakesteks lagunemise momendil või põrkumisel mõne tuumaga
12. klassi kordamisküsimused. 1.osa ,,Aatom, molekul, kristall" 1. Millega tegeleb mikrofüüsika? Millega tegeleb makrofüüsika Mikrofüüsika tegeleb mikromaailmas olevate seaduste ja seaduspärasustega (prootonid, elektronid). Makrofüüsika tegeleb makromaailma füüsikaga (aistingud ja tajud). 2. Kirjelda aatomi ehitust. Mis on elementaarlaeng? Aatom koosneb positiivse laenguga tuumast ja seda ümbritsevatest negatiivse elektrilaenguga elektronidest. Elementaarlaeng on prootoni ja elektroni täpselt võrdne laeng, 1,6 * 10^-19 3. Mis on joonspekter? Joonspekter ehk aatomi spekter on kindla lainepikkusga valguskiir. 4
Nähtavushorisondina võib käsitleda ka meie teadmiste ulatust ehk raadiust, mis moodustab keraja ruumi. Ruumi sees on meile tänaseks teadaolev ja selle kera pinnast väljaspool asub meie jaoks „tundmatu“maailm. Koos meie teadmiste kasvuga suureneb ka meid tundmatust eraldav pind ja nende „asjade“ hulk, millest me midagi ei tea. Füüsika ja astronoomia on võtnud endale kohustuse nihutada oma uurimustega seda nähtavushorisonti üha „kaugemale“ (mikromaailmas üha väiksemate mõõtmeteni). Kust läheb piir mikro-, makro- ja megamaailmade vahelt? Kõikide piiride tõmbamine on veidi suhteline tegevus. (Küsi endalt, mis on sinu jaoks väike ja mis on suur ja sa saad aru, et vastus sõltub sellest, millega sa midagi võrdled.) Siiani on kombeks mikro- ja makromaailma piirina käsitleda mõõtmeid suurusjärgus 10 astmel miinus 8. Sellest väiksemaid objekte tavamikroskoop enam jälgida ei võimalda.
Valguse kiirgumine valguse kiirgumine seisneb selles, et aineline objekt tekitab oma energia arvel täiendava väljaportsjoni ehk kvandi. Neeldumisel annab kvant oma energia ja impulsi mingile ainelisele objektile ära ning lakkab olemast. Juba Füüsikalise looduskäsitluse aluste kursuses saime teada, et aatomite maailmas, mida nimetatakse ka mikromaailmaks, kehtivad hoopis teised seadused, kui meile silmaga nähtavas maailmas ehk makromaailmas. Näiteks mikromaailmas on mõned füüsikalised suurused kvantiseeritud. See tähendab, et neil ei saa olla suvalisi väärtusi, vaid ainult teatud kindlaid väärtusi. Need väärtused saavad üksteisest erineda vaid kindlate suuruste nn kvantide kaupa. Üheks selliseks suuruseks on energia. Tuleb välja, et aatomitel saab olla ainult teatud kindla väärtusega energiaid. Elektronide lubatud energiaid kirjeldavad energiatasemed ehk energianivood. Mingile energiatasemele vastav energia väärtus on määratud
Nähtavushorisondina võib käsitleda ka meie teadmiste ulatust ehk raadiust, mis moodustab keraja ruumi. Ruumi sees on meile tänaseks teadaolev ja selle kera pinnast väljaspool asub meie jaoks „tundmatu“maailm. Koos meie teadmiste kasvuga suureneb ka meid tundmatust eraldav pind ja nende „asjade“ hulk, millest me midagi ei tea. Füüsika ja astronoomia on võtnud endale kohustuse nihutada oma uurimustega seda nähtavushorisonti üha „kaugemale“ (mikromaailmas üha väiksemate mõõtmeteni). ● Kust läheb piir mikro-, makro- ja megamaailmade vahelt? Kõikide piiride tõmbamine on veidi suhteline tegevus. (Küsi endalt, mis on sinu jaoks väike ja mis on suur ja sa saad aru, et vastus sõltub sellest, millega sa midagi võrdled.) Siiani on kombeks mikro- ja makromaailma piirina käsitleda mõõtmeid suurusjärgus 10 astmel miinus 8. Sellest väiksemaid objekte tavamikroskoop enam jälgida ei võimalda.
Lainete liigid. Lainepikkus. Seos kiiruse, lainepikkuse ja sageduse vahel. Lainepind, lainekiir. Huygensi printsiip. Superpositsiooniprintsiip. Lainete interferents. Seisulaine. Huygensi-Fresneli printsiip. Lainete difraktsioon. Lainete koherentsus. Doppleri efekt. Molekulaarfüüsika (30h) Molekulaarkineetiline teooria. Mikro- ja makroparameetrid. Molekulaarkineetilise teooria põhialused. Statistiliste seaduspärasuste kasutamise vajalikkus mikromaailmas toimuvate protsesside kirjeldamiseks. Ainehulk. Molaarmass. Molekuli mass. Aine ehituse lihtsaim mudel ideaalne gaas. Molekulaarkineetilise teooria põhivõrrand rõhu kohta. Molekulide kiirused ja ruutkeskmised kiirused. Temperatuur. Erinevad temperatuuriskaalad (Celsius, Kelvin, Fahrenheit). Temperatuuri absoluutne null. Temperatuuri seos molekulide keskmise kineetilise energiaga. Ideaalse gaasi olekuvõrrand. Isoprotsessid gaasides. Agregaatolekud ning faasisiirded:
Klassikaline kausaalsuse printsiip: süsteemi olek, mis mistahes ajahetkel on määratud kõikide koordinaatide ja impulsside väärtustega, on põhjuslikult seotud olekutega eelnevatel ajahetkedel. Kuna impulsside ja koordinaatide kaudu on arvutatavad kõikide teiste dünaamiliste suuruste väärtused, siis on ka kõik teised suurused põhimõtteliselt täpselt mõõdetavad mistahes ajahetkel. Mikromaailmas hüpoteesid (1) ja (2) ei kehti. Hüpoteesi (1) lükkavad ümber katsed, mis näitavad diskreetsete energiatasemete olemasolu mikrosüsteemides (aatomikimpude ergutamine, joonspektrid). Hüpotees (2) on vastuolus mikropartiklite dualistliku loomusega. Näiteks difraktsioonikatses ei ole põhimõtteliselt võimalik määrata difraktsioonivõre läbiva elektroni asukohta. Vastuoludeni jõuame samuti, kui tahame omistada trajektoori, st kindlaid
Kuid elektrivooluga kaasneb alati magnetvälja tekkimine. Paigalolev alalisvooluga juhe tekitab ruumis muutumatu magnetvälja. Kuid mõne teise inertsiallsüsteemi suhtes võib see juhe liikuda. Selle süsteemis suhtes on magnetväli muutuv ja tekitab pööriselektrivälja. Seega väli, mis mõnes süsteemis on puhtalt elektriline või magnetiline, in teises süsteemides ühtne elektromagnetväli. 3.3. Tugev ja nõrk vastastikmõju Tugev ja nõrk vastastikmõju esineb ainult mikromaailmas. Tugev vastastikimõju esineb kvarkide vahel ja on tingitud eriliste elementaarosakeste, gluuonite vahetamisest. See avaldub peamiselt tuumajõududena. Need on jõud, mis 7 hoiavad nukleone koos, kuid avalduvad ka tuumareaktsioonide korral. Selle mõjuraadius on väga väike, kuni 10-15 m ( 1 fermi), see on ka aatomituuma läbimõõdu suurusjärk.
Kiirus on suurus, mis näitab kui suur muutus toimub ühe ajaühiku kohta; kiiruse ühik on 1m/s. 22.4. Mis ja kuidas väljendab vektoriaalse suuruse arvväärtust? m kg m 22.5. Kiirusega 620 lendava püssikuuli impulss on 4,9 . Arvutage kuuli s s mass. 23.P 23.1. Tõrjutusprintsiip makromaailmas ja mikromaailmas. Tooge näited. Makromaailmas tähendab tõrjutusprintsiip seda, et kaks ainelist objekti ei saa korraga paikneda samas ruumiosas. 23.2. Superpositsiooniprintsiip. Tooge näited. Printsiipi, mille kohaselt väljad üksteist ei sega ja nende mõjud vektoriaalselt liituvad, nimetatakse superpositsiooniprintsiibiks. 23.3. Valguse kiirus on absoluutne. Valguse kiiruse ligikaudne väärtus. Valgus on helist vähemalt 10x kiirem. C= 300 000 000 m/s = 300 000 km/h 23.4
iseeneslikud (mitte välismõjust tingitud) protsessid kulgevad kehade süsteemi energia kahanemise suunas. Süsteemil on kalduvus energiat loovutada (töö tagavara ära kulutada), liikuda minimaalse energiaga olekusse. • Näited? kivi kukkumine, soojuse levik kuumemalt kehalt külmemale, magnetnõela orienteerumine, valguse kiirgumine aatomist . • Tõrjutusprintsiip - ainelisi objekte ei saa panna teineteise sisse. • Tõrjutusprintsiip makro ja mikromaailmas (Pauli keeluprintsiip). • Väljade liitumine ehk superpositsiooniprintsiip • Superpositsiooniprintsiip tuleneb tõrjutusprintsiibi mittekehtivusest välja korral. • Näiteks tõrjutusprintsiibi kehtivus aine korral (kaks veejuga põrkuvad kokku) näide mittekehtivusest välja korral (kaks laserikiirt või taskulambi kiirtevihku lähevad teineteisest labi). • Absoluutkiiruse printsiip -välja liikumine aine suhtes toimub alati suurima võimaliku
iseeneslikud (mitte välismõjust tingitud) protsessid kulgevad kehade süsteemi energia kahanemise suunas. Süsteemil on kalduvus energiat loovutada (töö tagavara ära kulutada), liikuda minimaalse energiaga olekusse. · Näited? kivi kukkumine, soojuse levik kuumemalt kehalt külmemale, magnetnõela orienteerumine, valguse kiirgumine aatomist . · Tõrjutusprintsiip - ainelisi objekte ei saa panna teineteise sisse. · Tõrjutusprintsiip makro ja mikromaailmas (Pauli keeluprintsiip). · Väljade liitumine ehk superpositsiooniprintsiip · Superpositsiooniprintsiip tuleneb tõrjutusprintsiibi mittekehtivusest välja korral. · Näiteks tõrjutusprintsiibi kehtivus aine korral (kaks veejuga põrkuvad kokku) näide mittekehtivusest välja korral (kaks laserikiirt või taskulambi kiirtevihku lähevad teineteisest labi). · Absoluutkiiruse printsiip -välja liikumine aine suhtes toimub alati suurima võimaliku
selle telje ümber, siis tema suvalise punkti O suhtes arvutatud LO , ( p = 0 !) ja kehtib seos: LO , = I . Kui nüüd LO , = const , siis ka = const , ja selline süsteem säilitab oma pöörlemistelje sihi ruumis. Jäävuse seaduste universaalne kehtivus nii makro- kui mikromaailmas on tingitud nende lahutamatust seotusest ruumi ja aja sümmeetriaomadustega: ruumi homogeensus impulsi jäävus, ruumi isotroopsus impulsimomendi jäävus, aja homogeensus mehhaanilise energia jäävus. 1.2.6. Inertsmoment ja pöördliikumise dünaamika põhivõrrand: Inertsmoment näitab kehamassi jaotust, kuidas on mass jaotatud keha ruumala ulatuses. Massijaotus on oluline pöörlemise juures. Inertsmoment on skalaarne suurus
pinnaga risti. Rõhu ühik on 1 paskal (Pa): 1 Pa = 1 N/ 1m2. Sagedus näitab ajaühikus tehtud täisringide arvu. Tähis f , ühik 1/s ehk s-1 ehk 1 Hz. Kehtib seos: f = n / t, kus n on sooritatud täisringide arv ja t selleks kulunud aeg. Seadus on objektiivne ja paratamatu seos füüsikaliste suuruste vahel, mis kirjeldab mingit põhjuslikku seost. Seadus võimaldab teatud tõenäosusega nähtusi ennustada ja tagajärje järgi põhjust selgitada. Seoste juhuslikkus avaldub selgemalt mikromaailmas. Seaduspärasuseks nimetatakse seaduse kvalitatiivset esitust. Seletamine on vastuse leidmine küsimusele MIKS? Seletamine on mingist konkreetsest nähtusest oluliste tunnuste eristamine ja nende viimine üldisemate seoste või seaduste alla. Siseenergiaks nimetatakse keha molekulide kineetilise ja potentsiaalse energia summat. 9 Sisehõõre seisneb molekulide impulsside ülekandumises , mille tulemusena
1. Elektromagneetilise kiirguse spekter ja radioaktiivsus Elektromagneetilise kiirguse (välja) spekter ulatub lühilainelisest kõrge energiaga kiirgusest (nn. kiired, lainepikkus ca 10 -10 - 10 –13 m ) kuni madala energiaga pikalainelise kiirguseni (raadiolained, 10 –4 – 10 m ). Vastavalt mikromaailmas kehtivatele kvantmehaanika seadustele omab kiirgus kahelist loomust, olles nii 29 laine kui ka osake. Seega võime kiirguse levimist vaadelda ka kui footonite (osakeste levimist. Footonit iseloomustab tema energia: E = h = m c2, kus h on Plancki konstant (6,626 10–34 J.s), kiirguslaine sagedus, s-1, m on sellele
kulgevad looduses alati energia kahanemise suunas. Tõrjutusprintsiip • Vesi ja keha ei saa üheskoos samas ruumiosas paikneda, seepärast tõrjub keha oma asukohast vee välja. Nii jääbki vette asetatud kivi anuma põhja • Kõigis sellistes nähtustes avaldub seaduspärasus, mida on eesti keeles hakatud nimetama tõrjutusprintsiibiks. Makromaailmas tähendab tõrjutusprintsiip seda, et kaks ainelist objekti ei saa korraga paikneda samas ruumiosas. • Mikromaailmas on asi veidi keerulisem, sest aatomid ning nende koostisosad käituvad makrokehadest üksjagu erinevalt. Sellegipoolest kehtib tõrjutusprintsiip ka nende kohta. Mikromaailma jaoks sõnastas tõrjutusprintsiibi 1925. aastal austria füüsik Wolfgang Pauli (1900–1958), mistõttu nimetatakse seda sageli ka Pauli printsiibiks. Oma lihtsaimal kujul väidab Pauli printsiip, et kaks samas aatomis paiknevat elektroni ei saa olla täpselt samas kvantolekus.
siis tema suvalise punkti O suhtes arvutatud LO , ( p = 0 !) ja kehtib seos: LO , = I . Kui nüüd LO , = const , siis ka = const , ja selline süsteem säilitab oma pöörlemistelje sihi ruumis. Jäävuse seaduste universaalne kehtivus nii makro- kui mikromaailmas on tingitud nende lahutamatust seotusest ruumi ja aja sümmeetriaomadustega: ruumi homogeensus impulsi jäävus, ruumi isotroopsus impulsimomendi jäävus, aja homogeensus mehhaanilise energia jäävus. INERTSMOMENT JA PÖÖRDLIIKUMISE DÜNAAMIKA PÕHIVÕRRAND Lõplike mõõtmetega keha pöörlemise dünaamika. Kui me tegime kulgliikumise valemeid, märkisime, et keha liikumise kirjeldamiseks piisab ühe punkti liikumisest, kuna kõik teised liiguvad samamoodi.
jaotatav. Teatud jaotustasemel on võimalik eraldada kvalitatiivselt uute omadustega portsjoneid (nn. ,,aatomeid" üldises mõttes). Samuti võib igal struktuuritasandil peedema tasandi osiseid käsitleda jagamatutena, st. ,,aatomitena". Näiteks võime gaaside molekulaarkineetilises teoorias käsitleda aatomitena terveid molekule, tuuma ehitust uurides käsitleme ,,aatomitena" nukleone jne. Määramatuse printsiip väidab, et mikromaailmas ei ole objekti kõik füüsikalised suurused üheaegsel sama täpsusega määratavad. Sellisteks füüsikaliste suuruste paarideks on näiteks osakese koordinaat ja tema impulss, samuti aatomi ergastatud seisundi energia ja selle seisundi eluiga. Avaldumisvorme füüsikas: elektronide difraktsioon, spektrijoonte loomulik laius jne. Tõrjutuse e. Pauli printsiip väidab, et ühe algosakesega määratud ruumipiirkonnas saab eksisteerida
Osakese liikumiskiirust ja asukohta ei saa täpselt ja/või üheaegselt fikseerida. Erinevalt klassikalisest mehaanikast, eksisteerib osake nagu kõikjal vaadeldavas ruumi alas üheaegselt. Seepärast ongi osakese käitumine tõenäosuslik, mitte täpselt ennustatav. Osake liigub ruumis või ajas teleportreerudes. Ta ei läbi ,,liikudes" kõiki ruumi või aja punkte. Osake ilmub välja kord ühes kohas ja siis kord teises kohas jne jne. Selline on osakese liikumine mikromaailmas sisuliselt on ju see teleportreerumine ruumis või ajas. Kvantmehaanika on oma olemuselt TELEPORTMEHAANIKA. Kvantmehaanika füüsikalised seaduspärasused tulenevad osakeste teleportreerumistest, mida ja mille omadusi tuleb tundma õppida. See on tegelikult väga tähtis järeldus. Väga paljud ( kui mitte kõik ) kvantfüüsika ilmingud tulevad just teleportatsiooni omadustest. Näiteks vesiniku aatomis on elektroni asukoha määramatus peaaegu võrdne aatomi enda
Aja perioodi t, mille jooksul kiiratakse, on nimetatud ka kestust, mille jooksul aatom on ergastatud. Aatomite kiirgumised kestavad lõpmatult kaua ainult siis, kui E läheneb nullile. Kuid kui E läheneb lõpmatusele, siis aatomi kiirgumisaeg t läheneb nullile. Mää- ramatuse seose tuletus osakese energia ja aja vahel näitab mõlema määramatuse seose omavahelist seost ja ühist päritolu ( tulenevust osakese laineomadustest ). Määramatuse relatsioonid on meie mikromaailmas üsna olulised. Näiteks klassikalise teooria järgi peaksid elektronid aatomis kiirgama ja mõne ajavahemiku tagant aatomituuma kukkuma. Kuid sellise protsessi välistavad just kvantmehaanikas tuntud määramatuse seosed. Näiteks elektroni asukoha määramatus väheneb aatomituumale lähenedes, kuid seevastu elektroni impulss suureneb. Selle tulemusena elektron eemaldub aatomituumast, sest elektroni energia suureneb. Elektriliste
Aja perioodi Δt, mille jooksul kiiratakse, on nimetatud ka kestust, mille jooksul aatom on ergastatud. Aatomite kiirgumised kestavad lõpmatult kaua ainult siis, kui ΔE läheneb nullile. Kuid kui ΔE läheneb lõpmatusele, siis aatomi kiirgumisaeg Δt läheneb nullile. Mää- ramatuse seose tuletus osakese energia ja aja vahel näitab mõlema määramatuse seose omavahelist seost ja ühist päritolu ( tulenevust osakese laineomadustest ). Määramatuse relatsioonid on meie mikromaailmas üsna olulised. Näiteks klassikalise teooria järgi peaksid elektronid aatomis kiirgama ja mõne ajavahemiku tagant aatomituuma kukkuma. Kuid sellise protsessi välistavad just kvantmehaanikas tuntud määramatuse seosed. Näiteks elektroni asukoha määramatus väheneb aatomituumale lähenedes, kuid seevastu elektroni impulss suureneb. Selle tulemusena elektron eemaldub aatomituumast, sest elektroni energia suureneb. Elektriliste
annaabi.ee 
