- •«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
- •Физика, часть 3
- •Волновая оптика
- •Световой вектор. Уравнение плоской световой волны
- •Интерференция световых волн. Условия, необходимые для осуществления интерференции
- •Условия максимумов и минимумов при интерференции световых волн
- •Интерференция в тонких пленках
- •Кольца Ньютона
- •Контрольные вопросы
- •Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля
- •Дифракция от одной щели.
- •Дифракция на одномерной дифракционной решётке
- •Угловая дисперсия и разрешающая способность дифракционной решетки
- •Угловая дисперсия равна:
- •Дифракция рентгеновских лучей на пространственной решетке
- •Поглощение света
- •Поляризация света. Естественный и поляризованный свет
- •1.Явления квантовой оптики
- •1.1. Тепловое излучение и его характеристики. Закон Кирхгофа
- •1.2.Законы излучения абсолютно черного тела. Законы Стефана-Больцмана и Вина
- •1.3.Формула Релея-Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа. Квантовая гипотеза и формула Планка
- •1.4.Оптическая пирометрия
- •1.5.Квантовая природа света. Фотон и его характеристики.
- •1.6. Виды фотоэффекта. Внешний фотоэффект и его законы.
- •1.7. Эффект Комптона
- •1.8. Коpпускуляpно-волновой дуализм свойств света
- •1.9. Контрольные вопросы и задачи к разделу «Явления квантовой оптики»
- •2.Элементы квантовой механики
- •2.1. Гипотеза де Бройля. Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц
- •Опыты Девиссона и Джермера (1927г.)
- •Опыты Тартаковского и Томсона (1928 г.)
- •2.2. Соотношение неопределенностей
- •Волновая функция
- •Уравнение Шредингера
- •2.5.Задача квантовой механики о движении свободной частицы
- •Задача квантовой механики о частице в одномерной прямоугольной потенциальной яме
- •Понятие о туннельном эффекте
- •1. Автоэлектронная (холодная) эмиссия электронов
- •1.8. Атом водорода в квантовой механике. Квантовые числа
- •Здесь и совпадает с формулой радиуса первой боровской орбиты; численное значение этого параметра равно;a – множитель, который можно определить из условия нормировки волновой функции:
- •2.10. Спин электрона. Принцип Паули
- •2.11. Спектр атома водорода
- •2.12. Распpеделение электpонов в атоме по энеpгетическим состояниям. Пеpиодическая система элементов д.И.Менделеева
- •2.13. Рентгеновское излучение
- •2.14. Поглощение света, спонтанное и вынужденное излучения
- •2.15. Лазеры
- •1. Инверсия населенностей
- •2. 16. Способы создания инверсии населенностей
- •2.17. Положительная обратная связь. Резонатор
- •2.18. Принципиальная схема лазера
- •2.17. Линейный гаpмонический осциллятоp
- •3.6. Понятие о квантовой теории электропроводности металлов
- •3.7. Явление сверхпроводимости. Свойства сверхпроводников
- •Критические температуры перехода для некоторых сверхпроводников
- •4.Зонная теория твёрдых тел
- •4.1. Энергетические зоны электронов в кристалле
- •4.2. Металлы, полупроводники, диэлектрики в зонной теории твёрдых тел
- •4.3.Полупроводники. Собственная проводимость полупроводников
- •4.4. Примесная проводимость полупроводников
- •4.5. Равновесные концентрации носителей заряда в полупроводнике
- •4.6. Зависимость электропроводности полупроводников от температуры
- •Электронно-дырочный переход
- •Внутренний фотоэффект
- •Воздействие излучения на полупроводник. Фоторезистивный эффект
- •Устройство и характеристики фоторезисторов
- •Применение фоторезисторов
- •Фотоэффект в электронно-дырочном переходе. Фото-э.Д.С.
- •Применение вентильного фотоэффекта
- •Биполярный транзистор
- •Состав и характеристики атомного ядра
- •Характеристики атомного ядра
- •Ядерные силы
- •Понятие об обменном характере ядерных сил. Кванты ядерного поля
- •Радиоактивность
- •Ядерные реакции
- •Деление атомных ядер
- •Элементарные частицы
- •2 Кристаллические решетки твердых тел представляют собой периодические структуры и являются естественными трехмерными дифракционными решетками.
2.13. Рентгеновское излучение
Рентгеновским излучением называют электромагнитные волны с длиной волны от 10-7 мдо 10-14 м, возникающие при торможении веществом быстрых электронов. Для получения рентгеновского излучения используется рентгеновская трубка (рис.2.18) Она представляет собой баллон, в котором находятся электроды: катод и анод (его обычно называют антикатодом). В баллоне создается высокий вакуум (давление порядка 10-6 мм ртутного столба). Источником электронов является подогревной катод (К), испускающий электроны вследствие термоэлектронной эмиссии. Между катодом и анодом (А) создается ускоряющее электрическое поле, в результате чего электроны приобретают кинетическую энергию, равную. При попадании на анод электроны тормозятся, передавая свою энергию веществу анода.
Коротковолновое рентгеновское излучение бывает двух типов.
При энергиях электронов, не превышающих некоторой критической величины, зависящей от вещества антикатода, возникает белоеилитормозное рентгеновское излучение. Оно возникает в результате торможения быстрых электронов. Тормозное излучение имеет сплошной спектр, ограниченный со стороны малых длин волн. Граница сплошного рентгеновского спектраминзависит от кинетической энергии электронов и ее можно определить из соотношения:
. (2.95)
Это соотношение означает, что максимальная энергия кванта не может превышать кинетическую энергию электронов.
Для минимальной длины волны получим:
. (2.96)
При дальнейшем увеличении кинетической энергии электронов возникает второй тип рентгеновского излучения – характеристическое рентгеновское излучение атомов вещества. Оно имеет линейчатый спектр и является индивидуальной характеристикой атомов, входящих в состав вещества антикатода.
В отличие от оптических спектров характеристическое рентгеновское излучение связано с процессами, происходящими в глубинных застроенных электронных оболочках атомов. Механизм возникновения характеристического рентгеновского излучения заключается в следующем. При вырывании электрона с одной из близких к ядру электронных оболочек атома на освободившееся место переходит электрон из более удалённой от ядра оболочки. Этот переход сопровождается испусканием кванта рентгеновского излучения.
Линейчатые рентгеновские спектры состоят из линий, образующих несколько серий. Серии характеристического рентгеновского излучения принято обозначать буквами K, L, M, N.Каждая серия содержит небольшой набор отдельных линий, обозначаемых (в порядке убывания длины волны) индексами, , , . . .; например: K , K ,K …, L , L , L …
При исследовании рентгеновских спектров элементов Мозли установил простой закон, связывающий частоту спектральных линий с атомным номером Zиспускающего их элемента. Частоты линийK и K описываются выражениями:
, (2.97)
, (2.98)
где R– постоянная Ридберга.
Аналогичные соотношения имеют место и для линий других серий рентгеновского спектра. В общем случае закон Мозли можно представить в виде:
, (2.99)