20. Дослід Юнга:

Яскравий пучок світла від сонця падав на діафрагму D₁ з малим отвором або вузькою прямолінійною щілиною S (рисунок 1, а). При проходженні крізь отвір світло внаслідок дифракції розходиться на деякий кут і падає на 2гу діафрагму D₂ з двома отворами S₁ та S₂ відстань між якими d~0,5мм. На

Цих щілинах світло дифрагує, в результаті утв. два пучки світла, що розходяться від щілин та перекриваються між собою. Внаслідок спільності походження ці пучки когерентні. Щілини S₁ та S₂ діють як вторинні синфазні джерела, і світлові хвилі від них, перекриваючись, утв. інтерференційну картину, яку можна побачити на екрані Е, розміщеному на деякій відстані L ~ 1 м від діафрагми D₂, виміривши ширину інтерференційних смуг, Юнг визначив довжини світлових хвиль для різних кольорів, але ці вимірювання не були точними.

Біпризма Френеля:

Б іпризма Френеля (рисунок 2) складається з двох однакових призм, які мають спільну основу, а також дуже малі заломлюючі кути, як правило, вона виготовляється з суцільного куска скла. Джерелом світла є яскраво освітлена вузька щілина в діафрагмі, встановлена паралельно ребру тупого кута БП. Внаслідок заломлення в обох половинах БП падаюче світло ділиться на два когерентні пучки з вершинами в уявних зображеннях S₁ та S₂ щілини S. В області AB екрана пучки перекриваються і утв. систему паралельних інтерференційних смуг.

21. Якщо на прозору плівку (пластинку) падає прозорий пучок світла, то на верхній і нижній поверхнях її він роздвоюється (частково відбивається, частково заломлюється). У відбитому ті прохідному світлі виникають когерентні промені. Різниця ходу хвиль в загальному випадку визначається товщиною плівки, кутом падіння променів ті оптичною густиною плівки та оточуючого середовища (показниками заломлення). Тоненька плівка являє собою тонкий шар якої-небудь речовини (скло, повітря, рідина).

К ільця Ньютона спостерігаються при освітленні паралельними світловими променями опуклої скляної лінзи великого радіуса кривизни R, яка стискається з плоскою поверхнею скляної пластинки. При цьому між лінзою ті пластинкою утв. тоненький повітряний зазор – плівка змінної товщини. Лінії максимумів ті мінімумів, що проходитимуть через точки, що відповідають однаковій товщині зазору назваються смугами однакової товщини.

Умова мінімуму інтерференційної картини в тонкому шарі повітря товщиною d_k між скляною пластинкою та плоско-опуклою лінзою – для кілець Ньютона:

Радіус k-го темного кільця Ньютона:

, (k=0, 1, 2, 3,…) , R – радіус кривизни лінзи;

Радіус кривизни лінзи дорівнює:

, де d_k, d_m – діаметри відповідних кілець; λ₀ – довжина електромагнітної хвилі у вакуумі;

22. Дифракція світла – сукупність оптичних явищ, які проявляються у відхиленні світла від прямолінійного поширення і заходження в область геометричної тіні, якщо розміри перешкод на шляху світла в порядку довжини хвилі. Явище дифракції пояснюється згідно принципу Гюйгенса-Френеля:

1.В певний момент часу можна розглядати поширення світла як поширення електромагнітної хвилі з швидкістю с=3·10⁸ м/с;

2.Фронт хвилі можна розбити на окремі вторинні джерела, кожне з яких випромінює електромагнітну хвилю з певними параметрами;

3.Якщо на шляху хвильового фронту зустрічаються якісь перешкоди (екран, діафрагми), то відповідні частинки хвильового фронту далі не поширюються, а всі інші поширюються так само.

Математично розрахунок диф. картинки в точці спостереження проводяться за методом зон Френеля:

- парне число зон Френеля

- не парне число зон Френеля

Дифракційна гратка – сукупність прозорих щілин розділених непрозорими проміжками.

d=a+b=const

d – Постійна диф. гратки

Δ=dsinφ

Головні максимуми:

якщо

Якщо на диф. гратку падає біле світло, то внаслідок дифракцій хвилі різних довжин, відхиляється під різними кутами, а отже, на екрані утв. дифракційний спектр.

23.Дифракция рентгеновских лучей рассеяние рентгеновских лучей кристаллами (или молекулами жидкостей и газов), при котором из начального пучка лучей возникают вторичные отклонённые пучки той же длины волны, появившиеся в результате взаимодействия первичных рентгеновских лучей с электронами вещества;

Ф-ла Брегга – Вульфа:

, де

φ – доповнювальний кут, або кут ковзання; m=1,2,3,...: d – відстань між площинами;

Ця ф-ла широко використовується в рентгеноструктурних дослідженнях; Дифракція рентгенівського випромінювання – важливий засіб для вивчення структури кристалів, рідин, аморфних твердих тіл тощо. За її допомогою можна визначити міжатомні відстані, робити висновки про будову молекул ті інших систем. Розділ фізики, що використовує рентгенівське випромінювання для вивчення структури твердих тіл, рідин, молекул, називається рентгеноструктурним аналізом. Дифракція рентгенівського випромінювання у кристалах використовується для вивчення рентгенівських спектрів, що дає змогу визначити хімічний склад речовини. Метод визначення хімічного складу речовини шляхом вивчення їх рентгенівських спектрів називається рентгеноспектральним аналізом. Рентгенівське випромінювання виникає в момент гальмування швидких електронів речовиною антикатода, так W, We, Pt як при прискореному русі заряджених частинок повинно виникати випромінювання.

, λ_m – коротко хв. границя суцільного рентгенівського спектра.

При великій різниці потенціалів між катодом і антикатодом електрони можуть досягати внутрішніх оболонок атомів антикатодів.

25. Існують три типи переносу теплової енергії (теплопровідність, конвекція, радіаційний теплообмін). Тепловим випромінюванням, називають електромагнітне випромінювання що виникає в кожному тілі при будь-якій температурі за рахунок зміни його внутрішньої енергії. Основні характеристики:

26. Ефект Компотна:

При падінні рентгенівського випромінювання на речовини відбите і розсіяне рентгенівське світло має довжину більшу ніж падаючого. При цьому фактично відбувається взаємодія рентгенівських квантів з майже вільними електронами атомів речовини, виконуються закони збереження імпульсу і збереження енергії.

θ – кут розсіяння

(0 θ 180)

λ^’ – довжина хвилі розсіяного

λ – довжина хвилі падаючого

Частковим випадком ефекту Компотна є явище зовнішнього фотоефекту:

Ф-ла тиска світла на основі квантової теорії:

, у разі нормального падіння світла (α=0) його тиск виражається ф-лою: , якщо користуватись густиною потоку світлової енергії , то ф-ла така:

Лебедєв експериментально виміряв тиск світла на тверді тіла, і дійшов до висновку, що тиск світла на дзеркальну поверхню у 2 рази більший за тиск на поверхню, що майже повністю поглинає світло, пізніше він виміряв тиск світла на гази.

1. Спектральна випромінювальна здатність , дорівнює відношенню енергії, яку випромінює при даній температурі T в усіх напрямках одиниця поверхні тіла за одиницю часу в певному вузькому інтервалі довжини хвиль.

(λ до λ+d λ)

2. Повна (інтегральна) випромінювальна здатність:

3. Спектрально – поглинальна здатність:

АЧТ – це фізичне тіло, яке при всіх температурах повністю поглинає енергію випромінювання, що падає на його поверхню. (В природі АЧТ не існує, але до АЧТ наближається чорний бархат, сажа та інше).

Закон Кірхгофа:

В умовах теплової рівноваги відношення спектральної випромінювальної здатності до його спектральної поглинальної здатності в певному інтервалі довжин тіл однакове для всіх тіл, незалежно від їх природи.

З-ни теплового випромінювання:

1. з-н Стефана – Больцмана:

Інтегральна випромінювальна здатність АЧТ пропорційна його абсолютній температурі 4-ому степеню:

2.Перший закон Віне:

Довжина хвилі на яку припадає максимум спектральної випромінювальної здатності АЧТ, обернено пропорційне до температури.

, b=2,9·10^-3 м·К

3. Другий закон Віне:

Максимальне значення спектральної випромінювальної здатності АЧТ, пропорційна 5-ому степеню абсолютної температури.

Для пояснення законів теплового випромінювання на основі класичних уявлень була отримана ф-ла:

Ф-ла Рейля-Джінса:

, с=3·10⁸м/с, k=1,38·10^-23Дж/К

Ф-ла Планка:

h=6,626·10^-34Дж·c

27. Фотоефектом називається явище виривання електронів з металу під дією світла.

Р-ня Ейнштейна для фотоефекту:

Найбільша кінетична енергія фотоелектронів:

, де m – маса фотоелектрона,

U_з – затримуюча напруга;

Фотон (квант світла) – світлова частинка, яка рухається зі швидкістю світла у вакуумі та має масу спокою, що дорівнює нулю.

Квант енергії: Маса фотона:

Імпульс фотона:

Найважливіші закономірності зовнішнього фотоефекту:

1. Максимальна кінетична енергія фотоелектронів не залежить від інтенсивності падаючого світла, а визначається лише його частотою, а саме, лінійно зростає з частотою. (1-ий з-н фотоефекту)

2. При фіксованій частоті світла сила фотоструму (тобто повна кількість фотоелектронів, емітованих поверхнею металу за 1с) пропорційна інтенсивності світлового потоку (2-ий з-н фотоефекту)

3. Для кожної речовини існує своя «червона межа» фотоефекту – λ₀ або υ₀. Фотоефект спостерігається лише тоді, коли довжина хвилі λ падаючого світла не перевищує певного, характерного для даної речовини значення λ₀, або коли частота світла не менше відповідного значення

, де с - швидкість світло (3-ій з-н фотоефекту)

28. На основі численних та ретельних досліджень спектрів випромінювання тіл було встановлено, що випромінювання речовини в газо подібному стані, тобто ізольованих атомів, складається з окремих, різко означених ліній, такі спектри випромінювання атомів назвали лінійчатими. Атоми кожного хімічного елементі випромінюють притаманний тільки їм лінійчатий спектр, вид спектрів не залежить від способу їх збудження, тобто визначається внутрішньою будовою атомів.

Постулати Бора:

1-ий постулат (про існування стаціонарних станів). Електрон в атомі може здійснювати стійкий рух лише по певних, дозволених орбітах, які називаються стаціонарними.

2-ий постулат (р-ня частот). Енергія атома може змінюватись тільки стрибкоподібно – шляхом квантового переходу атома з одного стаціонарного стану в інший. При переході електрона з енергетичного рівня з більшою енергією Е_k на рівень з меншою енергією E_n атом випромінює квант енергії, частота υ якого визначається умовою: hυ_kn=E_k-E_n

Умова квантування: орбітальний момент імпульсу електрона на дозволеній (стаціонарній) орбіті повинен, бути кратний величині ;

В теорії Бора вважається, що рух електрона по стаціонарній орбіті відбувається за з-ми класичної механіки. Оскільки маса m електрона значно менша від маси ядра атома, можна вважати ядро не рухомим.

- дискретний ряд значень енергії –набір енергетичних рівнів атома.

Ф-ла Бальмера – Рідберга:

, R=1,097·10⁷ м^-1

Спектр атома водню поділяється на відокремлені групи спектральних ліній, які мають схожий вигляд, але розташовані в різних областях довжин хвиль, такі групи називають спектральними серіями.

31. В квантовій механіці поведінка електрона в незмінному з часом силовому полі (в полі ядра ) описується за допомогою стаціонарного рівняння Шредінгера

- потенціальна енергія електрона в не змінному силовому полі Е – повна енергія електрона в цьому полі. - хвильова фун. Сама хвильова фун. не має конкретного фізичного змісту , але фізичний зміст має квадрат модуля хвильової фун., він визначає густину імовірності знаходження мікрочастинки в даній області простору - густина імовірності . Імовірність знаходження частинки в даній області простору визначається наступним чином

3 2. Часто на практиці розглядається випадок коли електрон знаходиться в одномірній прямокутній потенціальній ямі шириною ; в цьому випадку рівняння Шредінгера для стаціонарних станів має вигляд Розв’язання цього рівняння дає власне з-ня енергії електрона що знаходиться на енергетичному рівні з номером n

(n=1)

Основний стан

К ожному власному значенню енергії відповідає значення власної хвильової фун. імовірність знаходження електрона в різних частинах потенціалу різна що протиречить класичний фізиці. в різних частинах потенціальної ями існує

Аналіз графіка виключає такі класичні величини як траєкторії руху, імпульс

34.

При аналізі спектрів лужних металів за допомогою спектральних приладів високої роздільної здатності виявилось, що кожна з ви-промінених ліній розщеплюється на дві лінії, тобто є дублетом. Для описання дублетної структури спектрів стало недостатньо трьох кванто­вих чисел п, /, т. Виникла необхідність введення четвертого квантового числа. Це послужило основним мотивом для висунення гіпотези про спін електрона. Суть цієї гіпотези полягає в тому, що в електрона є не тільки момент імпульсу і магнітний момент, які зумовлені рухом цієї частинки як цілого. Електрон має також власний, або внутрішній, механічний мо­мент імпульсу, який називається спіном). Відповідний йому магнітний момент називається спіновим магнітним моментом. Наявність спіна в мікрочастинці означає, що дея­кою мірою вона подібна до маленької дзиґи.

Важлива і нетривіальна властивість спіна час­тинки полягає в тому, що тільки він може задавати виділену орієнтацію в частинці.

Наявність в електронах власного магнітного моменту, а отже, і спіна підтверджують досліди Штерна і Герлаха при спостереженні розщеп­лення вузького пучка атомів срібла на два пучки під дією неоднорідного магнітного поля. Зазначимо, що серія дослідів, виконаних О. Штерном і В. Герлахом, переконливо довела наявність просторового квантування магнітного моменту ц атомів. На атом, який має магнітний момент , у неоднорідному магнітному полі діє сила, що ви­значається за формулою:

Де градієнт Індукції магнітного поля вздовж осі .