Законы геометрической оптики.Их обоснование с точки зрения теории Гюйгенса

Законы геометрической оптики.Их обоснование с точки зрения теории Гюйгенса.

 

Линзы. Вывод формулы линзы. Построение изображений в линзе.

Линзы

Линза представляет собой обычно стеклянное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями; в частном случае одна из поверхностей линзы может быть плоскостью, которую можно рассматривать как сферическую поверхность бесконечно большого радиуса. Линзы могут быть изготовлены не только из стекла, но и из любого прозрачного вещества (кварц, каменная соль и тд.). Поверхности линз могут быть также более сложной формы, например цилиндрические, параболические.

Точка О оптический центр линзы.

О₁О₂ толщина линзы.

С₁ и С₂ – центры ограничивающих линзу сферических поверхностей.

Всякая прямая проходящая через оптический центр называется оптической осью линзы. Та из осей, которая проходит через центры обеих преломляющих поверхностей линзы наз. главной оптической осью. Остальные – побочными осями.

Вывод формулы линзы

EG=KA+AO+OB+BL;KA=h2/S1; BL= h2/S2; EG=h2/r1+h2/r2+ h2/S1+ h2/S2=U1/U2; U1=c/n1; U2=c/n2 (h2/r1+h2/r2)=1/S1+1/r1+1/S2+1/r2=n2/n1(1/r1+1/r2);

Построение изображений в линзе

Интерференция света. Амплитуда при интерференции. Расчет интерференционной картины в опыте Юнга.

Возьмем точечный источник S , от которого распространяется сферическая волна. На пути волны поставлена преграда с двумя точечными отверстиями s1 и…      

Интерференция в тонких пленках.

Разность хода лучей 1 и 2 до того, как они сойдутся в точке C, равна , где - длина отрезка BC, а - суммарная длина отрезков AO и OC, n- показатель… Для того, чтобы имела место временная когерентность, разность хода не должна… Разность хода зависит от b-толщины пластинки, . При константе угла падения разность хода меняется за счет b и тип…

ЯВЛЕНИЕ ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ. СВЕТОВОДЫ.

По мере приближения угла падения к предельному интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного—растет. Если i1=iпр , то интенсивность… Предельный угол iпр можно определить из формулы для закона преломления (n1sin… Уравнение (1) удовлетворяет значениям угла iпр при n2£ n1. Следовательно, явление полного отражения имеет место…

Применение интерференции. Интерферометр Майкельсона.

Монохроматический свет от источника S падает под углом 45градусов на плоскопараллельную пластину P1. Сторона пластинки, удаленная от S посеребренная…  

Применение интерференции. Интерферометр Фабри-Перо.

  интерференции света. Они позволяют с высокой степенью точности измерять линейные и угловые расстояния, малые разности…

Просветление оптики.

Применение интерференции. Явление интерференции применяется для обнаружения дефектов либо для… 10. Метод зеркал Френеля для наблюдения итнтерференции света. Расчёт интерференционной картины.

Бизеркало Френеля

минимум m-го порядка Расчет интерференционной картины    

Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии и круглом диске. Графическое решение.

В зависимости от фронта волны существует два вида дифракции: Фраунгофера - она наблюдается на плоских поверхностях и удаленных… Френеля - на сферических поверхностях.

Дифракция рентгеновских лучей. Условия Вульфа-Брэггов.

Пример пространственной дифракционной - кристаллическая решетка твердого тела. d1,d2,d3-периоды решетки по трем осям… d2(cos - cos 0)= n2 (1)

Физические принципы получения и восстановления голограммы.

Для регистрации предметной волны (волны, идущей от предмета), используют ещё когерентную с ней волну, идущую от источника света (опорная волна).… Схема получения голограммы.(рис.а)    

Поляризация при отражении и преломлении. Формулы Френеля.

Поляризацией называется выделение линейно-поляризованного света из естественного или частично поляриз. Для этой цели используют спец. устройства-… Их действие основано на поляризации света в результате отраж. и преломления… волн двух типов s- и p-волн. Из , , видно, что для всех углов падения света кроме i=0, коэффициент отражения s-волны…

Двойное лучепреломление. Его объяснение. Нарисуйте ход луча в двоякопреломляющем одноосном кристаллею. Поляризация при двойном лучепреломлении.

- двуосные кристаллы; - одноосные кристаллы; В результате луч естественного света в кристалле разделяется на два луча: обыкновенный (о) и необыкновенный (е).

Интерференция поляризованных лучей.

       

Прохождения света через плоскопораллельную пластину.

Фазовые пластинки

Если- пластинка называется в ¼ длины волны, - в половину длины волны.

Xод луча при нормальном и наклонном падении.

Анализ поляризованного света. Закон Малюса.

Для ответа на первый вопрос существует две схемы: На пути падающего света ставится пластинка, которая является поляризатором,…  

Закон Малюса.

       

Искусственное двойное лучепреломление. Эффект Керра. Оптический метод определения напряжений в образце.

Изотропные вещества в некоторых ситуациях могут вести себя подобно анизотропным. Керр (1875) показал, что при помещении изотропных диэлектриков в электрическое… Искусственное двойное лучепреломление может наблюдаться при механических деформациях. Поляризатор и анализатор…

Вращение плоскости поляризации. Поляриметр-сахариметр.

Оптическая активность может обусловливаться как строением самих молекул, так и расположением частиц в кристаллической решетке. В оптически активных кристаллах и чистых жидкостях угол поворота плоскости… Большинство оптически активных кристаллов сущ. в 2-ух модификациях. При прохождении света через кристалл одной…

Рассеяние света. Степень поляризации рассеянного света.

Природа рассеивания света. Распростр- ся в среде свет (эл/м волна ) воздействует на молекулы среды, к-рые поглощают энергию этой волны в… и размерами рассеивающей частицы d. Если то рассеивание наз. рассеиванием… Есть еще частные случаи рассеивания света. Рассеивания света на неоднородностях среды, в кот-ой распр-на звуковая…

Дисперсия света. Электронная теория дисперсии. Ход белого луча в призме. Вывод формулы для угла отклонения лучей призмой.

С одной стороны F – сила, возвращающая сила . При своём движении она испытывает некоторое сопротивление: , где- постоянная сопротивления… Решение имеет следующий вид:под cos стоит частота вынуждающей силы. N - концентрация

Эффект Доплера в оптике.

, где v- скорость источника света относительно приёмника, с- скорость света в вакууме. , θ- угол между вектором скорости v и направлением… При θ=0, продольный эффект Доплера, наблюдаемый при движении приёмника…

Тепловое излучение.

Тепловое излучение – это электромагнитное излучение, возникающее за счет внутренней энергии излучающего тела и зависящее только от температуры и… Основные характеристики. Энергетическая светимость

Вывод законов теплового излучения (законов Вина, Стефана-Больцмана) из формулы Планка.

, . Разложив знаменатель в ряд и интегрируя, получим для последнего интеграла: , отсюда:.

Оптическая пирометрия. Пирометр с исчезающей нитью.

Радиационные пирометры и радиационная температура. Считая постоянные законов Больцмана () и Вина (b) надежно установленными, мы… В качестве приемника в радиационных пирометрах чаще всего применяют термопару или болометр, но существуют также…

Интерференция фотонов.

1) Если световой поток представить как поток фотонов, то необходимо допустить, что концентрация фотонов в потоке пропорционально квадрату амплитуды… 2) Нельзя представить интерференцию как процесс «суперпозиции фотонов». При использовании представления о фотонах образования центров проявления объясняется поглощения фотонов частицами…

Корпускулярная интерпретация опытов Юнга.

34. Фотоэффект. Законы ф-та. Объяснение ф-та. Зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты света. Был открыт Герцем в 1887г., изучен Столетовым в 19в. Фотоэффект- явление вырывания электронов с поверхности металла под действием падающего света.

Фотоэффект.

Явление вырывания электронов с поверхности металлов под действием света получило название фотоэффекта. Экспериментальные з-ны фотоэффекта. 1.Максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности.

Противоречие законов фотоэффекта з-нам классической физики. Ур-е Эйнштейна для ф-та. Внутренний ф-т. применение ф-та.

Установленные зависимости ф-та не укладываются в рамки классических представлений. Например, скорость фотоэлектронов по классич. понятиям должна возрастать с амплитудой, а, значит, и с интенсивностью эл/м волны. Следовательно, многие законы не могли объяснить, т.к. не был открыт электрон. Но вскоре Эйнштейн выдвигает гипотезу, что свет испускается порциями (квантами), но и поглощается порциями.

По мысли Эйнштейна, энергия, полученная электроном, доставляется ему в виде кванта , который усваивается им целиком. Часть этой энергии, равная работе выхода А, затрачивается на то, чтобы электрон мог покинуть тело. Если электрон освобождается светом не у самой поверхности, а на глубине, то часть энергии, равная , может быть потеряна вследствие случайных столкновений в в-ве. Остаток энергии образует кинетич. энергию . Энергия будет максимальна, если . В этом случае должно выполнятся соотношение: , которое наз. формулой Эйнштейна.

Внутренний фотоэффект. При таком фотоэффекте оптически возбужденные электроны остаются внутри освещенного тела, не нарушая нейтральности последнего. При этом в веществе изменяется концентрация носителей заряда или их подвижность, что приводит к изменению электр. св-в. вещества под действием падающего на него света. Внутренний фотоэффект присущ только полупроводникам и диэлектрикам. Его можно обнаружить по изменению проводимости однородных полупроводников при их освещении.

Применение: фотоэлементы(вакуумные, полупроводниковые и др.), фотоумножители, в кол. затворах.

Эффект Комптона.

Гамма фотон рассеивается на электрон и электрон приобретает импульс и в результате рассеянный - фотон изменяет свою длину волны. Согласно закону сохранения импульса : ; ; Длина волны рассеиваемого излучения зависит от частоты падающего света.

Давление света. Вывод формулы для давления света на основе фотонных представлений о свете.

, т.е. . Так как каждый фотон обладает импульсом , а отражающей стенке импульс… Итак, импульс, сообщаемый 1 см2 абсолютно поглощаемой стенке за 1 с, равен

Тормозное рентгеновское излучение. График зависимости интенсивности от напряжения на лучевой трубке.

.40.Волны де Бройля. Экспериментальное подтверждение волновых св-в карпускул: опыты Дэвиссона и Джармера. Электронограммы. 1.Волны де Бройля. Представление, что электронам присущи волновые св-ва, принадл. де Бройлю(1924).

Дискретность квантовых состояний, опыт Франка и Герца, интерпретация опыта; квантовые переходы, коэффициенты Эйнштейна для квантовых переходов. Связь между ними.

Дискретность квантовых состояний.

Внутренняя энергия атомов не может изменяться непрерывно, а изменяется скачками, т.е. атом может обладать лишь энергией из некоторого дискретного ряда значений. Это обстоятельство выражается также словами, что энергия атома квантуется.

Если характеризовать состояние атома его энергией, то можно сказать, что состояния атома дискретны.

Опыт Франка и Герца.

Постулаты Бора нашли свое экспериментальное подтверждение в опытах Франка и Герца. Идея опыта заключалась в том, что пучок электронов, ускоряемых в электрическом поле, проходил через газ и электроны испытывали соударения с атомами газа. Схема опытов изображена на рисунке. Накаленный катод К, испускающий электроны, сетчатый электрод S и анод А, соединенный с гальванометром, помещались в стеклянный сосуд, в котором находились ртутные пары при низком давлении. Электроны, ускоренные электрическим полем, могут испытывать упругие (в результате которых энергия электронов не изменяется, а изменяются скорость и направление движения) и неупругие (связаны с передачей энергии электронов атомам ртути) соударения с атомами ртути. При втором типе соударений атом может воспринять лишь определенную энергию и перейти в одно из возбужденных состояний.

Ближайшим к нормальному состоянию атома ртути является возбужденное состояние, отстоящее от основного по шкале энергий на 4.86 эВ.

Если энергия электрона < 4.86 эВ, то они испытывают лишь упругие столкновения и анодный ток возрастает. Как только кинетическая энергия электронов достигает 4.86 эВ, начинают происходить неупругие столкновения. Электрон полностью отдает энергию атому ртути, возбуждая переход из нормального состояния на энергетический уровень. Электрон, потерявший энергию не может преодолеть задерживающее поле и не достигнет анода. Таким образом, должно происходить резкое падение анодного тока. Аналогичные явления будут происходить при значениях энергий электронов 2*4.86 3*4.86 … n*4.86.

На рис. приведена кривая I(), -- разность потенциалов, ускоряющего электрического поля, подтверждающая справедливость первого постулата Бора.

Правило частот Бора также подтвердилось в опытах Франка и Герца. Ртутные пары, возбужденные электронным ударом, оказались источником ультрафиолетового излучения. Это излучение происходит, когда атом ртути, возбужденный электронным ударом с энергией W₂, возвращается в исходное состояние с энергией W₁. Согласно правилу частот Бора . Т.е. (). Сравнивая результаты приходим к выводу, что теория согласуется с экспериментом.

Квантовые переходы.

Каждое из состояний атома характеризуется своей энергией. При переходе в другое состояние с меньшей энергией разность энергий испускается в виде кванта света, частота которого связана с энергией соотношением . Может быть также совершен переход из стационарного состояния с меньшей энергией в стационарное состояние с большей энергией, но для этого необходимо, чтобы энергия была сообщена атому извне. Это случается при поглощении атомом кванта света частотой .

Коэффициенты Эйнштейна.

Пусть существует уровень n с энергией E_n и уровень m с энергией E_m, при чем E_n>E_m. С уровня n на уровень m возможны и спонтанные (обусловленные внутренними причинами), и вынужденные переходы (обусловленные внешними по отношению к атому причинами), а обратно только вынужденные. Пусть A_nm – отнесенная к единице времени вероятность, что атом из состояния n спонтанно перескакивает в состояние m, излучив фотон энергии . Если N_n – концентрация атомов на уровне n, то в единице времени в единице объема спонтанно на уровень m перейдет число атомов

.

Пусть B_nm – отнесенная к единице времени и единице спектральной плотности излучения вероятность того, что атом из состояния m вынужденно, под воздействием внешнего поля излучения, перейдет в состояние n, излучив фотон энергии . Число атомов, вынужденно перешедших в единицу времени с уровня n на уровень m

Наконец, пусть B_mn – отнесенная к единице времени и единице спектральной плотности излучения вероятность того, что атом вынужденно перейдет с уровня m на уровень n с поглощением кванта . Очевидно, что если N_m – концентрация атомов на уровне m, то единицу времени в единице объема на уровень n вынужденно перейдет число атомов

.

Величины A_nm, B_nm, B_mn называется коэффициентами Эйнштейна.

 

42. Ядерная модель атома.

Ядерная модель атома приписывала атому строение, аналогичное строению Солнечной системы, в центре которой находится положительно заряженное ядро, вокруг которого, подобно планетам , движутся электроны, удерживаемые у ядра силами кулоновского притяжения.

Действительное строение атома мог выяснить только эксперимент, задача которого состояла в том, чтобы определить распределение электрического заряда в атоме.

Формула Резерфорда.

Точечные заряды взаимодействуют по закону Кулона. Рассмотрим теорию рассеяния на силовом кулоновском центре. Рассмотрим движение частицы с массой и зарядом в кулоновском поле другой частицы с . Будем считать, что , так, что вторую частицу можно считать неподвижной. Используя закон сохранения момента импульса , где -скорость рассеиваемой частицы на бесконечность, b-прицельное расстояние, т.е. расстояние наименьшего сближения частиц, если бы взаимодействиемежду ними отсутствовало. Точками обозначены производные по времени.

Введем новую независимую переменную и учтем, что . Тогда по первой формулы . Дифференцируя это выражение по , получим для определения уравнение , общее решение которого . При условиях при можно найти , тогда уравнение примет вид . Полагая, что , находим угол рассеяния: . Перейдем к статическим характеристикам рассеяния. Дифференциальное поперечное сечение упругого рассеяния в угол между и определяется как отношение числа частиц , рассеянных в угол между и к потоку падающих частиц N: . Отсюда следует, что все частицы, прицельные расстояния которых заключены между b и b+db, будут рассеяны в угол между и . Число частиц с прицельным расстоянием между b и b+db равно числу частиц, падающих на кольцевую площадь радиусом b и шириной db: . Дифференциальное поперечное сечение . Здесь - телесный угол между конусами с углами и . Эта формула называется формулой Резерфорда. С ее помощью Резерфорд проанализировал результаты своих опытов по рассеянию -частиц на атомах и установил структуру атомов.

Опыты Резерфорда.

Для своих опытов Резерфорд воспользовался -частицами, которые вылетают из атомов радиоактивных элементов. -частица является ядром атома гелия, т.е. несет с собой положительный заряд 2e и имеет массу, равную примерно 4-м массам протона. Поэтому для анализа рассеяния -частиц воспользуемся формулой Резерфорда с .масса атомов, на которых рассеиваются -частицы, предполагается намного больше массы -частиц.

От этого ограничения легко освободиться, если под массой понимать массу системы из двух взаимодействующих частиц. Пучок -частиц известной интенсивности направляется на тонкую мишень, где они рассеиваются на атомах этой мишени. Число -частиц, рассеиваемых на различные углы, подсчитывается с помощью специальных счетчиков. Формулой Резерфорда определяется число частиц, рассеянных одним рассеивающим центром. Если число этих центров равно n, то число рассеянных в телесный угол частиц равно , где Ze – заряд ядра рассеивающего атома. Если зафиксировать телесный угол =const, в котором подсчитываются частицы под различными углами рассеяния , то из последней формулы получаем . В эксперименте было проверено соблюдение последнего условия(формулы). Оказалось, сто хотя каждый из сомножителей в левой части равенства изменялся в 1000 раз, их произведение оставалось постоянным. Это означает, что формула(предпоследняя) правильно описывает рассеяние и роль многократных рассеяний несущественна.

Несовместимость планетарной модели атома с классическими представлениями.

Благодаря наличию центростремительного ускорения у движущихся вокруг ядра электронов они должны непрерывно излучать электромагнитные волны. В результате потери энергии они должны упасть на ядро, т.е. планетарной модели существовать не может. С точки зрения классической физики частота излучения атома должна совпасть с частотой обращения электронов. Такой характер спектра излучения полностью противоречит наблюдаемым закономерностям атомных спектров. С классической точки зрения электрон может описывать вокруг ядра всевозможные орбиты. Идея о дискретном ряде возможных орбит электрона находится в глубоком противоречии с классической планетарной моделью. Революционный шаг по устранению этих противоречий был сделан Бором.

 

Постулаты Бора. Теория атома водорода по Бору. Расчет энергетических состояний атома водорода с точки зрения теории Бора.

Второй постулат Бора: При переходе атома из одного начального стационарного состояния с энергией в другое конечное состояние с энергией происходит… –условие орбит –условие частот

Квантовомеханическая теория атома водорода. Собственное значения и собственные функции для стационарных состояний атома водорода. Орбитальный момент электрона по квантовой теории. Гиромагнитное отношение.

Атом водорода – простейшая система для которой были получены точные решения уравнений квантовой механики.

Уравнение Шредингера , где , - волновая функция. В сферических координатах . Решить уравнение Шредингера это значит найти собственные значения энергии и собственные функции . Все уравнения отличаются только значением . - потенциальная энергия квантовой системы. - для атома водорода и водородоподобных систем.

Поскольку потенциальная энергия сферически симметрична, то оператор Лапласа в уравнении Шредингера лучше взять в сферических координатах. , где .

По этой причине , где - радиальная функция, - угловая функция, .

Уравнение Шредингера в следствии сферической симметрии разлаживается на 3 уравнения, каждое из которых зависит только от одной переменной.

Нанакладываются следующие условия:

она должна быть однозначной

должна быть непрерывной

должна быть конечной.

Так как - квадрат определяет вероятность найти данную частицу в единице объема с коэффициентами x, y, z. Т. е. Квадрат этой функции – плотность вероятности. Исходя из физического смысла , т. к. это достоверное событие и это уравнение называется уравнением нормировки.

Так как энергия сферически симметрична, а также из условия однозначности волновой функции следует, что функции являются функциями целочисленного аргумента m который может принимать значения и так далее.

Функция непрерывная и однозначная является спец. Функцией – присоединенные функции Лежандра. Они имеют однозначные и конечные решения только при целочисленных значениях l, которые иногда могут быть отрицательными и связано с m: m=-l,…,0,…l .

Функции должны быть непрерывными, однозначными и конечными исходя из физического смысла – а именно вероятность не может быть >1 или бесконечной.

Угловая функция зависит от l m, и при решении уравнения Шредингера она определяет момент импульса и проекцию момента импульса на выделенное направление , а с точки зрения графического решения она определяет форму электронного облака и его ориентацию.

Решение радиального уравнения приводит к специальной функции – полином Лагерра и квадрат этой функции определяет вероятность обнаружения электрона на определенном расстоянии от ядра.

, где z – порядковый номер элемента, - полином Лагерра, - боровский первый радиус .

Имеется соответствие

атом водорода в квантовой механике решается абсолютно точно

квантовые числа n, l и m получаются как следствия решения этого уравнения.

В то же время результаты квантовой механики и результаты Бора совпадают, а именно: уравнение Шредингера дает максимум вероятности на боровских орбитах.

Гиромагнитное отношение – отношение модуля магнитного момента в единицах , иначе , где - безразмерное число гиромагнитное отношение – характеризует соотношение между магнитным и механическим моментами системы.

 

 

Спектры щелочных элементов. Дуплетная структура спектров щелочных элементов.

Спектры щелочных элементов.

Таким образом, щелочные атомы являются водородоподобными атомами, однако не полностью. Дело в том, что внешний электрон несколько деформирует… Зависимость энергии от орбитального квантового числа составляет принципиальное… Излучение происходит в результате перехода оптического электрона с одного энергетического уровня на другой. Однако не…

Дублетная структура спектров щелочных элементов.

А) у линии главной серии расщепление не является постоянным, а меняется от линии к линии; Б) у линии диффузной серии расщепление одинаково у всех линий; В) у линии резкой серии расщепление также одинаково.

Опыт Штерна и Герлаха.

, где L-механический момент Магнитный и механический моменты – вектора Для электрона в атоме их направления противоположны.

Эффект Зеемана.

Объяснение простого эффекта с точки зрения классической теории. Электрон обращается по круговой орбите. Магнитное поле пусть направлено… Эта сила равна центробежной силе инерции , где - частота обращения электрона в отсутствии магнитного поля.

Застройка электронных оболочек. Периодическая система элементов Менделеева.

n – энергию; l – орбитальный механический момент; m – проекцию орбитального момента;

Характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли. Дублетный характер рентгеновских спектров.

Исследования спектрального состава рентгеновского излучения показывает, что его спектр имеет сложную структуру и зависит как от энергии электронов,… Исследования показали, что характер сплошного спектра совершенно не зависит от… При достаточно большой энергии бомбардирующих анод электронов на фоне сплошного спектра появляются отдельные резкие…

Молекулярные спектры.

При разных типах переходов между уровнями возникают различные типы молекулярных спектров. Частоты спектральных линий, испускаемых молекулами, могут… Типичные молекулярные спектры – полосатые, представляющие собой совокупность…

Комбинационное рассеяние света.

Распространяющийся свет в среде (электро-магнитная волна) воздействует на молекулы среды, которые поглощают энергию этой волны в определенном… Типы рассеяния света:

Люминисценция. Определение. Правило Стокса.

Люминесценция—неравновесное излучение, избыточное при данной температуре над тепловым излучением тела и имеющее длительность, большую периода… В зависимости от способа возбуждения различают: фотолюминесценцию (под… Первое количественное исследование люминесценции проведено более ста лет назад

Оптические квантовые генераторы. Свойства лазерного излучения.

Для источников света, традиционных в обл. спектра, хар-на не когерентность излучения. В начале 60-х годов были созданы источники света иного типа - оптические… Лазер работает на принципах индуцированного излучения, которое имеет ту же фазу, ту же поляризацию и то же направление…

Нелинейная оптика.

Отражение волн в нелинейной оптике.При падении интенсивного излучения на границу раздела двух сред в отражённом свете наблюдаются волны не только с… Самофокусировка.В нелинейной оптике закон прямолинейного распространения света… Параллельный пучок света с интенсивностью нарастающей к середине падает на слой К вещества, показатель преломления…

Ядерные реакции.

Ядерными реакциями называются превращения атомных ядер, вызванные взаимодействием их друг с другом или с элементарными частицами.

Как правило, в ядерных реакциях участвуют два ядра и две частицы. Одна пара ядро-частица является исходной, другая пара - конечной.

Энергетический эффект ядерных реакций.

, где - масса неподвижного ядра-мишени; - масса налетающей на ядро частицы (или…

Законы сохранения при ядерных реакциях.

В ядерных реакциях выполняются законы сохранения энергии, импульса, электрического заряда и массовых чисел. Если кинетическая энергия вступающих в реакцию частиц достаточна для рождения нуклон-антинуклонной пары, то массовое число может изменяться. Кроме того, в ядерной физике есть особые законы сохранения, которых нет в других областях физики.

 

Цепная реакция деления.

Каждый из мгновенных нейтронов, возникших в реакции деления, взаимодействуя с соседними ядрами делящегося вещества, вызывает в них реакцию деления.…

Фундаментальное взаимодействия. Элементарные частицы, их классификация, методы решения. Законы сохранения в физике элементарных частиц.

 

В настоящее время различают 4 типа фундаментальных взаимодействий : сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

Сильное взаимодействие свойственно частицам, называемым адронами, к числу которых принадлежат в частности протон p и нейтрон n. Наиболее известное его проявление – ядерные силы.

В электромагнитном взаимодействии непосредственно участвуют только электрически заряженные частицы и фотоны.Одно из его проявлений – кулоновские силы.

Слабое взаимодействие присуще всем частицам кроме фотонов. Наиболее известное его проявление – бета-превращения атомных ядер.

Гравитационное взаимодействие свойственно всем телам Вселенной и, проявляясь в виде сил всемирного тяготения.

Все элементарные частицы разделяются на 3 группы: фотоны, лептоны и адроны.

Зарядовая независимость в сильных взаимодействиях позволяет близкие по массе частицы рассматривать как различные зарядовые состояния одной и той же частицы. Подобные группы “похожих” элементарных частиц, одинаковым образом участвующих в сильном взаимодействии, имеющие близкие массы и отличающиеся зарядами, называют изотопическими мультиплетами. Каждый изотопический мультиплет характеризуется изотопическим спином( изоспином) I , определяющим число частиц в изотопическом мультиплете n=2I+1. Изоспин нуклона I=½ , пиона I=1 и т.д.

Элементарным частицам приписывают ещё одну квантово-механическую величину – чётность Р – квантовое число, характеризующее симметрию волновой функции элементарной частицы или системы частиц относительно зеркального отражения. Если при зеркальном отражении волновая ф-я не меняет знака, то Р= +1, если меняет знак, то Р= -1. Из квантовой механики вытекает закон сохранения чётности, согласно которому при всех превращениях, претерпеваемых системой частиц, чётность состояния не изменяется.

В результате исследования особенностей поведения гиперонов и К-мезонов было открыто квантовое число – странность S, которая сохраняется в процессах сильного и электромагнитного взаимодействий.

К группе фотонов относится единственная частица – фотон.

К группе лептонов относятся электрон, мюон, таон, соответствующие им нейтрино, а также их античастицы. Все лептоны имеют спин, равный ½ ,и, следовательно, являются фермионами, подчиняющимися статистике Ферми-Дирака. Поскольку лептоны в сильных взаимодействиях не участвуют, изотопический спин им не приписывается. Странность лептонов равна нулю.

Основную часть элементарных частиц составляют адроны. К ним относятся пионы, каоны, нуклоны, гипероны, -мезоны а также их античастицы. Адроны разделяются на подгруппы барионов (нуклоны и гипероны) и мезонов (пионы, каоны, -мезон). Для барионов спин равен ½ , а странность различна для различных частиц этой группы. Мезоны имеют спин, равный нулю. У каонов S=+1, а пионы и -мезоны имеют нулевую странность.

Для процессов взаимопревращаемости элементарных частиц, обусловленных сильными взаимодействиями, выполняются все законы сохранения (энергии, импульса, момента импульса, зарядов, изоспина, странности и чётности). В процессах, обусловленных слабыми взаимодействиями, не сохраняются только изоспин, странность и чётность.

Также высказана гипотеза о существовании более фундаментальных частиц, которые служат базисом для всех адронов – кварков. Кварковая модель позволила определить почти все квантовые числа адронов.

 

Методы изучения элементарных частиц.

На заре развития физики элементарных частиц единственным источником получения экспериментальных данных в этой сфере было исследование космического излучения. После появления ускорителей элементарных частиц космическое излучение утратило свою исключительность, но и сейчас оно даёт возможность изучать процессы с частицами сверхвысоких энергий вплоть до 10²¹ Эв, которые до сих пор невозможно получить искусственно.

Космическое излучение.

Интенсивность космического излучения (плотность потока частиц) сравнительно быстро растёт примерно до высоты 10 км над уровнем моря, а затем темп…

Ядерный магн. резонанс.

Эффект Мессбауэра.

Mя- масса ядра. Pf- импульс фотона. Явление резонансного излучения (поглощения) -излучения без отдачи наз. эффектом Мессбауэра. Эффект М.… 2) для проверки вывода о смещении частоты спектральных линий в гравитационном… 3)эффект М. обнаружил гравитационное смещение частоты -фотона при двежении его в поле тяготения Земли.