История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
Топ:
Установка замедленного коксования: Чем выше температура и ниже давление, тем место разрыва углеродной цепи всё больше смещается к её концу и значительно возрастает...
Проблема типологии научных революций: Глобальные научные революции и типы научной рациональности...
Выпускная квалификационная работа: Основная часть ВКР, как правило, состоит из двух-трех глав, каждая из которых, в свою очередь...
Интересное:
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Берегоукрепление оползневых склонов: На прибрежных склонах основной причиной развития оползневых процессов является подмыв водами рек естественных склонов...
Что нужно делать при лейкемии: Прежде всего, необходимо выяснить, не страдаете ли вы каким-либо душевным недугом...
Дисциплины:
2018-01-04 | 344 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Атомы могут нах-ся лишь в квантовых состояниях с дискретными значениями энергии Е1, Е2,… Ради простоты рассмотрим только два из этих состояний (1 и 2). Если атом нах-ся в основном состоянии 1, то под действием внешнего излучения может осуществиться вынужденный переход в возбужденное состояние 2 (рис.1), приводящий к поглощению излучения. Атом, находясь в возбужденном состоянии 2, может через нек-ый промежуток времени спонтанно, без каких-либо внешних воздействий, перейти в состояние с низшей энергией(основное), отдавая избыточную энергию в виде электромагнитного излучения.(испуская фотон с энергией ). Процесс испускания фотона возбужденным атомом без внешних воздействий наз. Спонтанным излучением. (рис.2) Если на атом, нах-ся в возбужденном
состоянии 2, действует внешнее излучение, то возникает вынужденный переход в основное состояние 1 с излучением фотона.(рис 3) При подобном переходе происходит излучение атомов фотона дополнительно к тому фотону, под действием к-го произошел переход. Возникающее в результате таких переходов излучение – вынужденное. Т.о., в процесс вынужденного излучения вовлечены два фотона: первичный фотон, вызывающий испускание излучения возбужденным атомом, и вторичный фотон, испущенный атомом.
Лазеры – усиление света с помощью вынужденного излучения. Они генерируют в видимой, инфракрасной и ближней ультрафиолетовой областях. Идея качественно нового принципа усиления и генерации электромагнитных волн, примененная в мазерах (генераторы и усилители, работающие в сантиметровом диапазоне радиоволн) и лазерах, принадлежит рос. Ученым Басову и Прохорову. Важнейшими из сущ. типов лазеров явл. твердотельные, газовые, полупроводниковые и жидкостные. Лазер имеет три основных компонента: 1). Активную среду, в к-ой создаются состояния с инверсией населенностей, 2). Систему накачки (устройство для создания инверсии в активной среде), 3). Оптический резонатор (устройство, выделяющее в пространство избирательное направление пучка фотонов и формирующее выходящий световой пучок). Свойства лазерного излучения: 1). Временная и пространственная когерентность. Время когерентности составляет 10-3с, что соответствует длине когерентности порядка 105м. 2). Строгая монохроматичность 3). Большая плотность потока энергии. 4). Очень малое угловое расхождение в пучке. Применяются: для обработки и микросварки твердых металлов, получение и исследование высокотемпературной плазмы, в измерительной технике, в голографии.
|
46 В квантовой статистике системы, состоящие из огромного числа частиц, исследуются с помощью законов квантовой механики, в основе которых лежат корпускулярно – волновой дуализм частиц вещества и принцип неразличимости тождественных частиц. Последний означает, что все одинаковые частицы (например, электроны в металле) являются неразличимыми друг от друга.
В квантовой статистике ставится задача о распределении частиц по ячейкам фазового пространства (шестимерного пространства координат и скоростей), элемент которого равен , а также задача определения средних значений физических величин, характеризующих макроскопическое состояние системы. Состоянию частицы в фазовом пространстве, с учетом соотношения неопределенностей Гейзенберга, соответствует не точка, а ячейка фазового объема h3, где h – постоянная Планка.
Частицы, число которых равно ΔNi в объеме ΔГi, могут различными способами распределиться между Δgi состояниями с энергией Ei. Тогда число квантовых состояний в объеме ΔГi с энергиями от Ei до Ei + ΔEi равно
. (1)
Среднее значение любой функции определяется с помощью функции распределения, которая позволяет также найти вероятность данного состояния системы.
|
Ф-ция распред-ия Ф-Д. фазовое пр-во – пр-во 6 измерений, где состояние каждой частицы опредл-ся 6 координатами.
В квантовой механике различают два вида частиц: бозоны – частицы с целым или нулевым спином (в единицах ), на которые не распространяется принцип Паули и подчиняющиеся распределению Бозе-Эйнштейна (например, некоторые ядра, фотоны, фононы) и фермионы – частицы с полуцелым спином (электроны, протоны, нейтроны и т.д.). Последние описываются квантовой статистикой Ферми-Дирака и подчиняются принципу Паули, согласно которому в каждом квантовом состоянии может находиться только одна частица. Функция распределения Бозе-Эйнштейна fБ выражает среднюю “населенность” бозонами состояний с данной энергией или среднее их число в одном состоянии:
,
где - число частиц с энергией в интервале от Ei до Ei + ΔEi;
- число квантовых состояний в этом интервале энергий.
Распределение бозонов по энергиям получается из канонического распределения Гиббса при условии сохранения энергии E в системе и числа частиц N:
(2)
где k – постоянная Больцмана, Т – термодинамическая температура,
μ – химический потенциал, равный работе, совершаемой в изобарно-изотермических условиях при увеличении числа частиц в системе на единицу.
m ≤ 0, иначе среднее число бозонов в данном состоянии становится отрицательным, что лишено смысла.
Функция распределения Ферми-Дирака определяется аналогично:
(3)
Здесь μ, в отличие от (13.2), может быть положительным.
Функции распределения в классической (Максвелла-Больцмана) и квантовой статистиках, интерпретируемые как среднее число частиц в одном состоянии, можно выразить единой формулой:
(4)
Для распределения Максвелла-Больцмана δ = 0 и μ = 0, для распределения Бозе-Эйнштейна δ = -1 и для распределения Ферми-Дирака δ = +1. Все три распределения показаны на рис. 1.
Система частиц называется вырожденной, если ее свойства описываются квантовыми закономерностями. Вырождение становится существенным для бозе- или ферми-газов при низких температурах и больших плотностях.
Рис. 1
Параметром вырождения А называется величина При A<<1 (малое вырождение) в (13.4) можно пренебречь величиной δ и квантовые функции распределения переходят в классическую. Параметр А определяется из условия сохранения общего числа частиц:
|
(5)
где n – концентрация частиц, m – масса частицы, Т – температура, k –постоянная Больцмана, h – постоянная Планка.
Примером вырожденного газа являются электроны в металле, которые не подчиняются классической статистике Максвелла-Больцмана.
47 Согласно корп-волн. дуализму свойств ве-ва, упругим волнам в кристалле сопоставляют фононы, обладающ. энергией . Фонон есть квант энергии звук. волны. Фононы явл. квазичастицами – элемент. возбуждениями, ведущими себя подобно микрочастицам. Квазичаст. существ. только в кристаллах. Свойства импульса фонона: при столк. фононов в крист. их импульс может дискретн. порциями передав. крист. решетке – он при этом сохраняется. Поэтому в случ. фононов говорят о квазиимпульсе.
Класс. теория не смогла объяснить завис. теплоемкости тв. тел от температуры, а квант. статист. решила эту задачу, колеб атомов в крист решетке не явл независимыми.
|
|
Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...
История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!