Опыты Тартаковского и Томсона, опыты Фабриканта и Штерна
Опыты Тартаковского и Томсона, опыты Фабриканта и Штерна - раздел Ядерная техника, В данной теме мы начнем изучение квантовых закономерностей явлений природы ...
1. В последующем электронные пучки стали применять для анализа структуры кристалла. Метод этот давал более богатую информацию, чем рентгеноструктурный анализ, так как позволял определять не только межатомные расстояния, но и внутренний потенциал (работу выхода). Исследования рентгеновских лучей проводятся не только методом Брэгга, но и другими методами. Например, на монокристаллах - методом Лауэ, а на поликристаллах - методом Дебая.
В методе Дебая электронный пучок направлялся на металлическую фольгу (Работы Томсона и Тартаковского). На фотопластинке, поставленной за фольгой, получали центральное пятно, окруженное дифракционными кольцами.
Поликристаллическая фольга состоит из множества маленьких кристалликов, беспорядочно ориентированных в пространстве (рис. 4). При фиксированной длине волны среди множества кристалликов найдутся такие, для которых будет выполнено условие Вульфа-Брэгга
.
При этом в точке С, соответствующей зеркальному отражению от атомных плоскостей, будет выполнено условие интерференционного максимума.
Статистическая совокупность таких кристалликов обладает симметрией вращения вокруг направления падающего луча АВО. Поэтому точки С на фотопластинке, куда попадают максимумы электронных волн, располагаются на окружности (рис. 6).
При малых углах скольжения
,
где D – расстояние от фольги до фотопластинки.
Поэтому отношение радиуса интерференционного кольца к длине волны де Бройля пропорционально порядку интерференции
= const,
что и подтвердилось на опыте.
На рис. 6 показан вид электронограммы, получаемой на поликристаллах.
Сравнение электронограммы и рентгенограммы одного и того же кристалла приводит к одинаковым значениям для межатомных расстояний.
2. В 1949 году В. Фабрикант с сотрудниками провел опыт Тартаковского-Томсона с очень разреженным пучком электронов.
Период следования электронов Т в 30000 раз превышал время пролета t электронов через установку, т.е. были созданы условия, когда электроны пролетали через установку по одиночке. Проведя длительную экспозицию порядка года Фабрикант получил на фотопластинке систему дифракционных колец. Данный эксперимент убедительно показал, что волновыми свойствами обладает не пучок микрочастиц, а отдельная микрочастица.
3. Опытами Штерна доказаны волновые свойства атомов и молекул. Для тяжелых атомов, когда длина волны де Бройля очень мала, дифракционная картина либо не получается совсем, либо получается расплывчатой. Но для легких атомов и молекул () наблюдаются весьма четкие дифракционные максимумы. Для молекул водорода и атомов гелия средняя длина волны при комнатных температурах порядка , т.е. того же порядка, что и постоянная кристаллической решетки. Однако эти частицы обладают тепловым разбросом скоростей. Для получения четкой дифракционной картины их предварительно необходимо монохроматизировать, например, с помощью дискового селектора скоростей. Эти пучки не могут проникать вглубь вещества из-за малых энергий этих частиц. Кристаллы действуют на них как двумерные отражательные решетки.
4. В дальнейшем дифракционную картину получили с нейтронами. благодаря отсутствию электрического заряда нейтрон взаимодействует только с ядами атомов посредством ядерных сил. Поэтому он не производит фотохимических реакций (не действует на электроны). Чтобы зарегистрировать дифракционную картину на фотопластинке, ее покрывают тонкой индиевой фольгой, в которой в местах попадания нейтронов происходят ядерные реакции с выделением электронов и g - квантов, действующих на фотоэмульсию. Для получения дифракционной картины использовался пучок нейтронов от ядерного реактора, который направлялся на крупный монокристалл. На рис. 7 показана нейтронограмма, полученная при прохождении пучка нейтронов через монокристалл . Помимо центрального пятна, получилась система симметрично расположенных пятен, соответствующих поворотной оси четвертого прядка этого кристалла.
Таким образом, многочисленными экспериментами убедительно доказано, что электроны, атомы, нейтроны и т.п. проявляют волновые свойства. Кроме того, эти свойства нашли разнообразные технические применения (электронография, нейтронография и пр.)
Введение... В конце ХIX в даже у крупных ученых сложилось представление что в физике уже... Решение первой из указанных проблем привело к созданию Эйнштейном теории относительности а решение второй проблемы...
Равновесное тепловое излучение
1. В проблеме теплового излучения большое значение имеет понятие равновесного излучения. Чтобы представить, что это такое, рассмотрим замкнутую полость с неподвижными и непрозрачным
Формула Релея-Джинса
Чтобы определить число нормальных мод с частотами в интервале от до
Понятие вероятности. Средние значения случайных величин
1. Большинство физических величин изменяется хаотически, т.е. являются случайными величинами. Различают дискретные и непрерывные случайные величины. Дискретная величина принимает ст
Понятие о квантах. Средняя энергия осциллятора. Фотоны
1. Формирование электромагнитного поля равновесного излучения является случайным процессом, так как случайны процессы испускания света телами. Поэтому энергия любого нормального кол
Модели атома Томсона и Резерфорда
1. Согласно классическим представлениям атом мог бы испускать монохроматическую волну в том случае, когда электрон в атоме совершает гармонические колебания и следовательно, удерживается около поло
Столкновение заряженных частиц
В опытах Резерфорда применялись очень тонкие металлические фольги с толщиной порядка . Это и позволяло не учит
Формула Резерфорда и ее экспериментальная проверка
Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, являлась гипотезой и требовала экспериментальной проверки. Для этого Резерфорду пришлось детально проанализировать процесс рассеяния
Спектры излучения атомов.
1. С появлением первых спектральных приборов началось изучение спектров излучения и поглощения различных тел. К началу ХХ в. Было известно, что раскаленные тела излучают сплошной спектр, в котором
Постулаты Бора
Неустойчивость планетарной модели атома по Резерфорду и закономерности атомных спектров, в частности их дискре
Опыты Франка и Герца
Идея Бора о стационарных состояниях атомов получила экспериментальное подтверждение в том же 1913г. в опытах Джеймса Франка и Густава Герца.
Опыты Франка и Герца начались до появления теор
Гипотеза де-Бройля. Волны де Бройля.
1. В 1923 году французский физик Луи де Бройль предположил, что корпускулярно-волновой двойственностью должны обладать не только фотоны, но и частицы вещества. Экспериментальное подтверждение этой
Особенности поведения микрочастиц
Многочисленные эксперименты показали, что электроны, атомы, молекулы и другие частицы обладают волновыми свойствами. При этом они сохраняют свои корпускулярные свойства. Объекты, обладающие корпуск
Соотношения неопределенностей
1. Отсутствие траектории у микрочастицы указывает на то, что описывать ее состояние столь же подробно как для материальной точки нельзя.
Действительно, задание координат и импульса материа
Дифракция микрочастиц на щели
Причиной существования квантовых неопределенностей и соотношений Гейзенберга являются волновые свойства микрочастиц.
Пусть движение электрона описывается плоской волной де Бройля. Электрон
Минимальная энергия и размеры атома
Принцип неопределенности является одним из основных законов квантовой физики. Из принципа неопределенности вытекает ряд важных следствий. В частности состояние покоя для микрочастицы, движущейся в
Временное уравнение Шредингера
1. Плоская волна де Бройля
соответствует равномерному свободному движению частицы в определ
Стационарные состояния. Свойства волновых функций
Особое значение в квантовой механике имеют стационарные состояния. Это такие состояния, в которых все наблюдаемые физические параметры не меняются с течением времени. Сама волновая функция принципи
Потенциальный барьер. Решение стационарного уравнения
1. Рассмотрим рассеяние микрочастиц на преграде, испускаемых источником, удаленным на большое расстояние от нее. Силовое воздействие на микрочастицу определяется потенциальной энергией взаимодейств
Коэффициенты отражения и пропускания ступенчатого барьера
На опыте измеряются не амплитудные коэффициенты прошедшей и от-раженной волн, а коэффициенты отражения и пропускания для частиц, которые связаны с амплитудными коэффициентами вероятностными соотнош
Туннельный эффект
1. Теперь рассмотрим барьер конечной ширины (рис. 2). В этом случае в первой области будут существовать падаю
Система двух взаимодействующих частиц
При классическом рассмотрении движение системы из двух частиц сводится к движению двух квазичастиц, одна из которых с массой
Модель гармонического осциллятора
Зависимость энергии взаимодействия двух атомов от расстояния между ними показана на рис. . При некотором расстоянии
Момент импульса
1. Согласно классическому определению моментом импульса частицы относительно начала координат О называ
Проекции момента импульса
Выбрав за ось некоторое произвольное направление в пространстве, определим собственные функции и собственные
Координатах
1. Если силы, действующие на частицу в разных точках пространства, направлены вдоль прямых, проходящих через одну и ту же точку, называемую центром, и зависят только от расстояния до него
Сложение угловых моментов
1. Понятие углового момента можно распространить и на системы частиц. Для этого рассмотрим простейшую изолированную систему из двух невзаимодействующих микрочастиц: 1 и 2.
Оператором углов
Атома водорода.
В 1921 году Штерном и Герлахом был поставлен прямой опыт по обнаружению квантования магнитного момента атомов. В вакуумной камере устанавливался электромагнит со специальной формой наконечников, чт
Принцип Паули
1. Сочетание волновых и корпускулярных свойств у микрочастиц приводит к отличиям в поведении не только одиночных микрочастиц, но и в поведении коллективов частиц. Эти отличия касаются только систем
Особенности периодической системы элементов
Располагая химические элементы в порядке возрастания атомного веса, Менделееву пришлось отступить от этого исходного принципа и переставить места некоторых элементов, придавая большее значение пери
Спин-орбитальное взаимодействие
Основное взаимодействие электрона с ядром атома есть электростатическое взаимодействие их зарядов. Но так как электрон движется вокруг ядра, то возникает дополнительное взаимодействие, обусловленно
Энергетические уровни и спектральные серии щелочных металлов
В атомах щелочных металлов электронная оболочка содержит один наружный (валентный) электрон, сравнительно слабо связанный с ядром атома. Переходы между энергетическими уровнями валентного электрона
Результирующий механический момент атома
В многоэлектронных атомах все орбитальные и спиновые моменты электронов складываются в единый угловой момент атома. Конечно результирующий момент от порядка слагаемых не зависит, но, тем не менее,
Магнитный момент атома
С механическим моментом связан магнитный момент. Для орбитального момента
,
Сложный эффект Зеемана
Рассмотрим сначала сложный эффект Зеемана, т.е расщепление спектральных линий в слабом магнитном поле.
При наложении слабого магнитного поля появляется дополнительная энергия взаимодействи
Простой эффект Зеемана
В сильных магнитных полях воздействие на атом становится сравнимым или больше спин-орбитального взаимодействия. В этом случае уже нельзя рассматривать поведение каждой компоненты мультиплета тонкой
Приближенная количественная теория атома гелия
Задача о движении двух электронов в поле ядра аналогична задаче о движении двух планет в гравитационном поле Солнца. В небесной механике разработаны достаточно точные приближенные методы расчета дв
1. В последующем электронные пучки стали применять для анализа структуры кристалла. Метод этот давал более богатую информацию, чем рентгеноструктурный анализ, так как позволял определять не только межатомные расстояния, но и внутренний потенциал (работу выхода). Исследования рентгеновских лучей проводятся не только методом Брэгга, но и другими методами. Например, на монокристаллах - методом Лауэ, а на поликристаллах - методом Дебая.
Поликристаллическая фольга состоит из множества маленьких кристалликов, беспорядочно ориентированных в пространстве (рис. 4). При фиксированной длине волны среди множества кристалликов найдутся такие, для которых будет выполнено условие Вульфа-Брэгга
.
,
= const,
очень мала, дифракционная картина либо не получается совсем, либо получается расплывчатой. Но для легких атомов и молекул (
) наблюдаются весьма четкие дифракционные максимумы. Для молекул водорода и атомов гелия средняя длина волны при комнатных температурах порядка 
, т.е. того же порядка, что и постоянная кристаллической решетки. Однако эти частицы обладают тепловым разбросом скоростей. Для получения четкой дифракционной картины их предварительно необходимо монохроматизировать, например, с помощью дискового селектора скоростей. Эти пучки не могут проникать вглубь вещества из-за малых энергий этих частиц. Кристаллы действуют на них как двумерные отражательные решетки.
4. В дальнейшем дифракционную картину получили с нейтронами. благодаря отсутствию электрического заряда нейтрон взаимодействует только с ядами атомов посредством ядерных сил. Поэтому он не производит фотохимических реакций (не действует на электроны). Чтобы зарегистрировать дифракционную картину на фотопластинке, ее покрывают тонкой индиевой фольгой, в которой в местах попадания нейтронов происходят ядерные реакции с выделением электронов и g - квантов, действующих на фотоэмульсию. Для получения дифракционной картины использовался пучок нейтронов от ядерного реактора, который направлялся на крупный монокристалл. На рис. 7 показана нейтронограмма, полученная при прохождении пучка нейтронов через монокристалл 
. Помимо центрального пятна, получилась система симметрично расположенных пятен, соответствующих поворотной оси четвертого прядка этого кристалла.
Новости и инфо для студентов