Теория атома водорода по Бору

Теория атома водорода по Бору

Модель атома Томсона и Резерфорда

Большую роль в развитии атомистической теории сыграл Д.И. Менделеев, разработавший в 1869 г. Периодическую систему элементов, в которой впервые на… Первая попытка создания на основе накопленных экспериментальных данных модели… В развитии представлений о строении атома велико значение опытов английского физика Э. Резерфорда по рассеянию…

Линейчатый спектр атома водорода.

Швейцарский ученый И. Бальмер подобрал эмпирическую формулу, описывающую все известные в то время спектральные линии атома водорода в видимой… (1.2) где R’ = 1,10×107 м-1 – постоянная Ридберга. Так как n=с/l, то формула (1.2) может быть переписана для частот: …

Постулаты Бора.

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний):в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не… В стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите, должен… (1.5),

Опыты Франка и Герца.

Вакуумная трубка, заполненная парами ртути (давление приблизительно равно 13 Па), содержала катод (К), две сетки (С1 и С2) и анод (А). Электроны,… Из опыта следует (рис. 2), что при увеличении ускоряющего потенциала вплоть до… Ближайшим к основному, невозбужденному, состоянию атома ртути является возбужденное состояние, отстоящее от основного…

Элементы квантовой механики

Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества.

Согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики – энергия E и импульс p, а с другой –… E = hn, p = h/l (2.1) Смелость гипотезы де Бройля заключалась именно в том, что соотношение (2.1) постулировалось не только для фотонов, но…

Соотношение неопределенностей.

В классической механике всякая частица движется по определенной траектории, так что в любой момент времени точно фиксированы ее координата и… В. Гейзенберг, учитывая волновые свойства микрочастиц и связанные с волновыми… , , (2.4)

Волновая функция и ее статистический смысл.

В то время возникла проблема физической природы волн де Бройля. Для выяснения этой проблемы сравним дифракция световых волн и микрочастиц.… Дифракционная картина, наблюдаемая для микрочастиц, также характеризуется… Необходимость вероятностного подхода к описанию микрочастиц является важнейшей отличительной особенностью квантовой…

Общее уравнение Шредингера.

Уравнение Шредингера для стационарных состояний.

Основное уравнение нерелятивистской квантовой механики сформулировано в 1926 г. Э. Шредингером. Уравнение Шредингера, как и все основные уравнения… (2.10) где , m – масса частицы, D - оператор Лапласа , I – мнимая единица, - потенциальная функция частицы в силовом поле, в…

Элементы современной физики атомов и молекул

Атом водорода в квантовой механике.

Потенциальная энергия взаимодействия электрона с ядром, обладающим зарядом Ze (для атома водорода Z = 1) равна: U(r) = (3.1) где r – расстояние между электроном и ядром. Графически функция изображена на рис. 1. U(r) с уменьшением r (при…

Спин электрона. Спиновое квантовое число.

Для объяснения тонкой структуры спектральных линий, а также ряда других трудностей в атомной физике американские физики Д. Уленбек и С. Гаудсмит… Спин электрона (и всех других микрочастиц) – квантовая величина, у нее нет… Если электрону приписывается собственный механический момент импульса (спин) Ls, то ему соответствует собственный…

Принцип неразличимости тождественных частиц.

Фермионы и бозоны.

Необычные свойства системы одинаковых тождественных частиц проявляются в фундаментальном принципе квантовой механики – принципе неразличимости… В классической механике даже одинаковые частицы можно различить по положению в… В квантовой механике положение иное. Из соотношения неопределенностей вытекает, что для микрочастиц вообще неприменимо…

Принцип Паули.

Распределение электронов в атоме по состояниям.

Из этого положения вытекает более простая формулировка принципа Паули: в системе одинаковых фермионов любые два из них не могут одновременно… Таким образом, принцип Паули утверждает, что два электрона, связанные в одном… Максимальное число электронов, находящихся в состояниях, определяемых данным квантовым числом, равно:

Элементы физики атомного ядра.

Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое числа.

Атомное ядро состоит из элементарных частиц – протонов и нейтронов (протонно-нейтронная модель ядра была предложена российским физиком Д.Д.… Протоны и нейтроны называют нуклонами. Общее число нуклонов в атомном ядре… Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, где Z – зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре и совпадающее с…

Дефект массы и энергия связи.

Массу ядер очень точно можно определить с помощью масс-спектрометров – измерительных приборов, разделяющих с помощью электрических и магнитных полей… Энергия связи нуклонов в ядре: (4.1)

Элементарные частицы

Введение

Определения. Вообще говоря, элементарными (по смыслу) следует называть микрочастицы, относительно которых нет доказательств, что они являются составными. Это электроны, протоны, нейтроны и многие другие частицы. Впрочем, ситуация с определением элементарности усложнилась после того, как выяснилось, что многие из этих частиц имеют внутреннюю структуру.

Несмотря на последнее обстоятельство, за этими частицами сохранили название элементарных. И это в какой-то степени оправдано: во всех наблюдавшихся до сих пор явлениях каждая частица ведет себя как единое целое. Они могут рождаться и превращаться друг в друга, но не расщепляться на какие-то составляющие.

Поэтому в ядерной физике под термином «элементарные частицы» понимается общее название для всех субатомных частиц, отличных от атомов и атомных ядер.

Итак, частицы, которые мы называем элементарными, ведут себя как единое целое и обладают способностью к рождению и взаимопревращению Например, распад нейтрона:

n ® p + e^- + n, (9.1)

где нейтрон превращается в протон, электрон и антинейтрино. Продукты распада нейтрона возникают только в самом этом процессе. До распада их не было совсем, и они не входили в состав нейтрона.

Для элементарных частиц весьма характерна их многочисленность. В настоящее время открыто несколько сотен частиц, подавляющее большинство которых нестабильно. Вместе с детекторами они позволяют исследовать процессы, в которых образуются и взаимодействуют элементарные частицы. Вот почему физику элементарных частиц часто называют также физикой высоких энергий.

Фундаментальные взаимодействия.В природе существует четыре типа взаимодействий: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное. Эти взаимодействия отличаются интенсивностью процессов, вызываемых среди элементарных частиц.

Об интенсивности взаимодействий можно судить по скорости (или степени вероятности) процессов, вызываемых ими. Обычно для сравнения берут скорости процессов при энергиях сталкивающихся частиц около 1 ГэВ.

 

Таблица 9.1. Сравнительные характеристики основных типов взаимодействий.

Взаимодействие	Интенсивность	Длительность процессов, с	Радиус действия, см
Сильное		10-23	10-13
Электромагнитное	10-2	10-20	¥
Слабое	10-14	10-9	10-16
Гравитационное	10-31	-	¥

 

Дадим краткую характеристику основным взаимодействиям.

1. Сильные взаимодействия удерживают нуклоны в атомных ядрах, они же присущи большинству адронов (протон, нейтрон, гипероны, мезоны и др.). Эти взаимодействия короткодействующие: на расстояниях свыше 10^-13 см они прекращаются, вследствие чего сильные взаимодействия не способны создавать структуры макроскопических размеров.

2. Электромагнитные взаимодействия осуществляются через электромагнитное поле. Они значительно слабее сильных взаимодействий, однако из-за дальнодействия электромагнитные силы во многих случаях оказываются главными. Именно эти силы вызывают разлет осколков, которые образуются при делении атомных ядер. Эти силы ответственны за все электрические и магнитные явления, наблюдаемые нами в различных формах их проявления: оптических, механических, тепловых, химических и т.д.

3. Слабые взаимодействия весьма малы по сравнению с сильными и электромагнитными: они присутствуют во всех взаимодействиях.

4. Гравитационные взаимодействия самые слабые. Они универсальны. Но для элементарных частиц эти взаимодействия никакого значения не имеют, поэтому современная физика элементарных частиц – это физика без гравитации. В связи с этим в дальнейшем по фундаментальными будем понимать только сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия.

Практически все элементарные частицы являются нестабильными (за исключением фотона, электрона и трех нейтрино). Время жизни таких частиц варьируется в пределах от 10^-18 до 10^-11 с (у так называемых резонансов еще меньше). Но в некоторых случаях оно оказывается весьма продолжительным: например, среднее время жизни свободного нейтрона составляет 11,7 мин.

 

Систематика элементарных частиц

Время жизни.Практически все элементарные частицы являются нестабильными, распадаясь на другие частицы. По времени жизни различают стабильные,… Переносчики взаимодействия. Это особая группа элементарных частиц, в которую… Все остальные частицы подразделяют по характеру взаимодействий, в которых они участвуют на лептоны и адроны.

Античастицы

В общем случае античастица отличается от частицы только знаками так называемых зарядов (электрического, барионного, лептонного, странности), с… В некоторых случаях античастица совпадает со своей частицей, т.е. все свойства… Понятия частицы и античастицы относительны. Электрон считают частицей, а позитрон – античастицей только потому, что во…

Законы сохранения

1. Они не только ограничивают последствия различных взаимодействий, но и определяют также все возможности этих последствий, и поэтому отличаются… 2. В этой области открытие законов сохранения опережает создание… Для элементарных частиц выполняется гораздо больше законов сохранения, чем для макроскопических процессов. Все эти…

Изотопический спин.

Эту по существу независимость от электрических зарядов называют изотопической (или зарядовой) независимостью сильных взаимодействий. Так, протон и… По аналогии с обычным спином каждому зарядовому мультиплету приписывают… С изоспином связан закон сохранения. При сильных взаимодействиях сохраняется как изоспин T, так и его проекция. При…

Кварковая модель адронов

Первоначально гипотеза о том, что все адроны построены из частиц, названных кварками, была выдвинута Гелл-Манном и Цвейгом в 1964 г. На основе… К настоящему времени установлено существование пяти типов (ароматов) кварков:…