Общий физический практикум. Атомная физика

 

 

Учебное пособие для выполнения лабораторных работ

 

 

Изготовлено в

Подписано в печать . . .Формат 148х210.

Гарнитура Times Roman. Бумага KYM lux

Усл.печ. л. , . Тираж        экз. Заказ №

 

 

Опечатано в

 

 

* Неорганические светодиоды экологичней и экономичней люминесцентных газоразрядных ламп, их электропотребление ниже в 7 раз по сравнению с традиционными лампами накаливания, а срок службы составляет 50 тыс. часов – порядка 15 лет (у ламп накаливания всего 1 тыс. часов, у люминесцентной ртутной лампы ДРЛ – 2 года, см. http://energyland.info/news-show-38047. Органические светодиоды могут использоваться в создании нового поколения экранов после жидкокристаллических и плазменных.

* и чувствительности вентильного фотоэффекта (см. ниже)

* Планк Макс Карл Эрнст Людвиг (1858-1947) – немецкий физик-теоретик, создатель квантовой теории, в 1900 г. ввел квант действия (постоянную Планка), лауреат Нобелевской премии по физике 1918 г, ввел термин “теория относительности”, в 1906 г. вывел уравнения релятивистской динамики [14].

* В этом можно убедиться, направив на светодиод свет сначала от одной, а затем от двух одинаковых ламп накаливания, находящихся от светодиода на одинаковых расстояниях и вызывающих фото-э.д.с. порядка 0.1В.

*¹ Герц Генрих Рудольф (1857-1894 гг.) – немецкий физик, экспериментально доказал существование электромагнитных волн, впервые наблюдал внешний фотоэффект [14].

*² Столетов Александр Григорьевич (1839-1896) – русский физик, открыл закон зависимости силы фототока от интенсивности света (закон Столетова). Научные работы посвящены электромагнетизму, оптике, молекулярной физике [14].

*³ Томсон Джозеф Джон (1856-1940) – английский физик, в 1897 г по отклонению катодных лучей в магнитном поле измерил массу и электрический заряд составляющих их частиц, т.е. открыл электрон (Нобелевская премия, 1906 г.). Научные работы посвящены прохождению электрического тока через разреженные газы, катодным и рентгеновским лучам, атомной физике, физике металлов. Предложил в 1903 г одну из первых атомных моделей, явился одним из основоположников классической электронной теории металлов [14].

* Артур Холли Комптон (1892-1962) – американский физик, открыл в 1923 г. явление изменения длины волны рентгеновского излучения вследствие его рассеяния электронами вещества и дал его теорию, за это открытие получил Нобелевскую премию в 1927 г.

* Ориентировочно к гамма-излучению относят электромагнитное излучение, длина волны которого значительно меньше межатомных расстояний, т.е.  см.

*¹ Гейгер Ганс Вильгельм (1882-1945) – немецкий физик-экспериментатор, его научные работы посвящены атомной и ядерной физике, физике космических лучей. В 1909-1910 гг. вместе с Э.Мардсеном провел опыты по рассеянию альфа-частиц в тонких пленках, эти эксперименты сыграли решающую роль в открытии Э. Резерфордом атомного ядра [14].

*² Резерфорд Эрнст (1871-1937) – английский физик, основоположник ядерной физики, в 1899 г. открыл альфа- и бета-лучи, в 1908 г. удостоен Нобелевской премии по химии за исследования по превращению элементов и химии радиоактивных веществ. С помощью счетчика Гейгера в 1909 г. доказал, что альфа-частицы являются ядрами атома гелия. Обнаружил в 1906 г. рассеяние альфа-частиц в веществе, что привело к открытию им в 1911 г. атомного ядра. У Резерфорда учились выдающиеся российские физики П.Л.Капица, Ю.Б.Харитон и др. [14].

* Подробнее см. http://www.quarta-rad.ru/products.php?id=14

*¹ Т.Лайман – американский физик-экспериментатор, в 1914 г. открыл спектральную серию в ультрафиолетовой части спектра водорода, первый измерил длины волн в области крайнего ультрафиолета [14].

*² Й.Бальмер – швейцарский физик и математик, в 1885 г. обнаружившего закономерность расположения линий видимой и ближней ультрафиолетовой частях спектра атома водорода. Это открытие послужило толчком для обнаружения других серий спектра атома водорода. Был пионером в изучении структуры атома.

*³ И.Ридберг – шведский физик-спектроскопист, в 1899 г. дал формулу, описывающую любую спектральную линию элемента, ввел универсальную константу . В 1889 г. предположил, что спектры испускания химических элементов должны привести к пониманию периодической системы [37].

*¹ Н.Бор – выдающийся датский физик-теоретик, в 1913 г. создал первую квантовую теорию водородоподобного атома, за что в 1922 г. был удостоен Нобелевской премии. В 1923 г. пришел к представлению об оболочечной структуре атома [14].

*² А.Зоммерфельд – немецкий физик-теоретик, в 1915-1916 г. разработал квантовую теорию эллиптических орбит, ввел радиальное и азимутальное квантовые числа, совместно с П.Дебаем ввел магнитное квантовое число [14].

* Э.Шредингер – австрийский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики, в 1933 г. совместно с английским физиком П.Дираком удостоен Нобелевской премии (за создание волновой механики) [14].

* Г.Гейсслер – немецкий физик и изобретатель. В 1855 г. изобрел ртутный вакуумный насос и трубку с разреженным газом и двумя электродами (трубка Гейсслера), удобную для изучения спектра газа. Продемонстрировал явление свечения газа при прохождении через него электрического тока и показал, что цвет свечения зависит от природы газа [14].

* Фотопластинка со спектром поглощения натрия и спектром излучения ртути предоставлена доцентом физического факультета Московского государственного университета И.А. Савченко (1992 г.)

* В более новой версии 7.5 программы выполните команду Plot- Special Line / Symbol, затем Vertical Drop Line

* Джеймс Франк – немецкий физик, работал в области атомной и ядерной физики, молекулярной спектроскопии, за эксперименты, осуществленные в 1913-1917 гг. и подтвердившие теорию Н.Бора, вместе с Густавом Герцем получил Нобелевскую премию по физике за 1925 г. [14].

* Таунсенд Джон С.Э. – английский физик, исследовал электрический разряд в газах [14].

* Обозначения имеют следующий смысл: ТГ — тиратрон с газовым наполнением, второй элемент — номер, присвоенный данному типу тиратрона; третий элемент — дробное число, в котором числитель обозначает наибольшее среднее значение выпрямленного тока, А, а знаменатель — наибольшее допустимое прямое и обратное напряжение, кВ.

*¹ Майкельсон Альберт Абрахам (1852-1931) – американский физик-оптик, изобрел интерферометр (интерферометр Майкельсона), сыгравший значительную роль в становлении специальной теории относительности и в изучении спектральных линий. В 1892-1893 г. осуществил эксперимент по сравнению длины эталонного метра с длиной световой волны. За созданные им прецезионные инструменты и выполненные с их помощью спектроскопические и метрологические исследования в 1907 г. ему была присуждена Нобелевская премия по физике. [14]

*² Во втором порядке по отношению средней скорости электрона к скорости света  в уравнениях для энергии электрона появляются слагаемое, называемое энергией спин-орбитального взаимодействия – энергия взаимодействия движущегося магнитного момента с электрическим полем, и слагаемое, отвечающее взаимодействию магнитных моментов электронов друг с другом (взаимодействие спин-спин) [10].

* Такое взаимодействие приводит к своеобразному “внутреннему эффекту Зеемана” даже при отсутствии внешнего магнитного поля.

* Квантово-механические расчеты показали, что эта кривая имеет очень мелкий минимум (глубиной всего 5·10^-4 эВ) при =0,4 нм, который недостаточен для образования устойчивого молекулярного состояния [22].

* График волновой функции получен с помощью компьютерной программы моделирования туннельного эффекта (см. работы 16, 17).

* Профессиональные измерения интенсивности почернения фоточувствительного слоя могут быть выполнены с помощью фотометров (например, спектроскопических микрофотометров) или денситометров (от лат. densitas – плотность). Фотоприемниками в них могут служить фоторезисторы или фотоэлементы (см. работу 3).

* Атомный практикум. Кафедра общей физики Новосибирского государственного университета http://www.phys.nsu.ru/atom/ 

* В спектре поглощения молекулы йода на этот континуум дополнительно накладывается континуум перехода  (см. рис. 12.5, вертикальная штриховая линия), аналогичный сплошному спектру излучения молекулы водорода, см. работу 11.

* Эти операции удобно выполнять силами двух студентов, один из которых только ведет наблюдения в окуляр монохроматора и поворачивает его барабан, а другой только записывает нужные углы поворота барабана в табл. 12.3.

* Обычно в таблицу Деландра вносят спектроскопические волновые числа линий  в см^-1. В данном случае следует внести энергии фотонов в мэВ или в эВ (см. рис.12.9).

* Для  переходов между электронными состояниями с ненулевой проекцией электронного момента на ось молекулы, , например, для перехода  молекулы ОН правила отбора допускают , что дает еще одну, так называемую, Q-ветвь, см. [2, 20, 25].

* На туннельном эффекте основана работа туннельного диода и перспективных каскадных лазеров, см. http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_cascade_laser , http://sales.hamamatsu.com/assets/pdf/catsandguides/QCL_SelectionGuide_100114.pdf .

* Текст программы на языке С++ приведен в [30].

* Режим с  реализуется в туннельном диоде, изучаемом в работе 17.

*¹ Производства Ровенского научно-производственного предприятия ООО “Техника освити”, ФГУП РНПО “Росучприбор”

*² Производства НПО Учебной Техники «ТулаНаучПрибор», Россия, г. Тула, http://physexperiment.narod.ru/physics.htm

*¹ Производства Ровенского научно-производственного предприятия ООО “Техника освити”, ФГУП РНПО “Росучприбор”

*¹ Производства Ровенского научно-производственного предприятия ООО “Техника освити”, ФГУП РНПО “Росучприбор”

* Производства Ровенского научно-производственного предприятия ООО “Техника освити”, ФГУП РНПО “Росучприбор”

* Спектральные наборы с источником питания для наблюдения спектров водорода, неона, гелия можно приобрести в Московском учколлекторе №1, http://www.mos-uk1.ru/catalog/doc/13385.php (коды приборов по каталогу товаров “Физика”, раздел “2.4. Электричество”: 24058, 13385) http://www.mos-uk1.ru/

* Разработчик Alentum Software Inc., см. http://www.alentum.com/agrapher/, лицензия на пользование программой бесплатна для граждан и организаций России.

* Регрессией (от лат. regressus - обратное движение) в теории вероятностей и математической статистике называют зависимость среднего значения какой-либо величины от некоторой другой величины или нескольких величин.

* см., например, http://ru.wikipedia.org/