Kvant mexanikasining elementlari. Nutq zarralari hukmronligining korpuskulyar-hvilyovik dualizmi

Kvant mexanikasining elementlari. Nutq zarralari hukmronligining korpuskulyar-hvilyovik dualizmi

Lui de Broylning frantsuz ta'limoti tabiatda mavjud bo'lgan simmetriyani aniqlash va yorug'likning ikki yuz korpuskulyar-hvilli tabiatini ishlab chiqish, gipotezani osib qo'yish. korpuskulyar-hvili dualizmning universalligi. Zgidno de Broyl bilan, teri mikroob'ekti bilan zv'yazuyutsya, bir tomondan, korpuskulyar xususiyatlar - energiya E bu impuls R, va boshqasidan - hviloví xususiyatlar - chastota n bu dovjina hvili l. Kílkísny spívvídnennia, scho zv'yazuyut korpuskulyar va hviloví vlastivostí qismlari, shuningdek, fotonív uchun:

De Brogli gipotezasining kamtarligi spivv_dnoshennia (1) nafaqat fotonlar uchun, balki boshqa mikropartikullar uchun ham, bunday krem, yaky mayut massa tinchligi uchun postulatsiya qilinganligini anglatadi. Volodyaning impuls bo'lgan qismi bo'lsin, bunday darajada ular uzoq shamolli kasallik jarayonini o'rnatdilar, bu esa uchun mo'ljallangan. de Broyl formulalari:

Tse spívvídnoshennia impulsli har qanday zarra uchun adolatli R.

Sezilarli darajada deakí osnovny vlastyvosti hvil de Broglie. Ko'rinishga qarang v bir parcha masa m. Buning uchun de Broylning faza va guruh moslashuvchanligini hisoblab chiqamiz. Otzhe, faza almashinuvi:

, (3)

de í , - hvil raqami. shunday yak h>v, u holda yorug'likning de Broylning fazaviy siljishi yorug'likning vakuumdagi siljishidan kattaroqdir.

Guruh kengligi: .

Erkin qism uchun, Eynshteynning suv tarkibi nazariyasiga ko'ra, bu haqiqatdir shuningdek

.

Otzhe, guruh swidkíst khvil de Broglie shvidkostí chastki qimmatroq.

Vídpovídno vikoristovuyutsya ham hviloví, keyin korpuskulyar namoyon ta'rifi uchun, nutq zarralari korpuskulyar-hvilyovoí tabiat dvístoí uchun. Ularga qismlarning barcha kuchini va nafas olish kuchini bog'lash mumkin emas. Shuningdek, mikrokosmos klassik mexanikani tushunishi uchun atrof-muhitga deakonlarni kiritish kerak.

V. Heisenberg, vrakhovuyuchi hvilyoví kuch víkrochastinok i pov'yazaní z hvilyoví vívílí víznosti mikrochastinok men po'yazaní z hviliyoví vlastnosti zamezhennja v í̈kh vedintsí, díyshov vysnovka vadintsí, díyshov vysnovka onesítí belgilab beradi obíktíny è êoordinata obíktíny to'g'ridan-to'g'ri obíktíny to'g'ri keladi. va impuls. Zgidno Heisenbergning spívvídnenyu aybsizligi, Mikro qism (mikroob'ekt) bir vaqtning o'zida va bir vaqtning o'zida bir xil koordinataga ega bo'lolmaydi ( x, y, z) va momentum proyeksiyasi uchun ham xuddi shunday ( p x, p y, p z), bundan tashqari, bu qadriyatlarning ahamiyatsizligi ongni quvontiradi

tobto. Koordinatadagi va impulsning umumiy proyeksiyasidagi nomuvofiqliklar tartibning kattaligidan kam bo'lishi mumkin emas. h.

Z spívvídnoshnja neznachennosti (4) síd, scho, masalan, yakscho mikrochastinka perebuê stantsiyasida koordinataning aniq qiymatlari ( Dx=0), unda nima uchun ( Dp x®¥), men navpak qilaman. Shunday qilib, mikrozarracha uchun hech qanday ehtiyoj yo'q, ularning ba'zilari uchun bu impulsning koordinatalari ayni paytda kichik bo'ladi. Zvídsi viplivaê va mikroob'ektning koordinatasini va momentumini o'lchash uchun har qanday aniqlik bilan bir soatning haqiqiy imkonsizligi. Shunday qilib, klassik mexanikada bo'lgani kabi, bu momentumning koordinatalarini har qanday aniqlik bilan qayd etish mumkinligi qabul qilinadi, keyin spívvídshennya neznachennosti ê, shu tarzda, klassik mexanikadan mikroob'ektlarga o'tishning kvant o'rnini bosish.

Kvant nazariyasi energiya uchun bir qator ahamiyatsiz tomonlarga ham ega E o'sha soat t, keyin. bu qadriyatlarning ahamiyatsizligi aqlni quvontiradi

Biz sizni rag'batlantiramiz DE- mavjud tizim energiyasining ahamiyatsizligi; Dt- Vono ísnuê kabi cho'zilgan Promízhok bir soat. Shunday qilib, tizim, hayotning o'rta soati nima Dt, Bir xil energiya qiymatlari bilan tavsiflanishi mumkin emas; rozkid energíí̈ zbílshuêtsya zí zmenshenyam hayotning o'rtacha soati. Z virazu (5) s_d, scho chastotasi viprominyuvannogo foton onaning ahamiyatsizligi uchun aybdor, tobto. Spektrning chiziqlari sog'lom chastota bilan tavsiflanadi. Dosvyd sravdy pokaoo, scho barcha spektral chiziqlar razmití; Spektr chizig'ining kengligini o'zgartirib, siz atomning hayajonlangan holatda poydevor qo'yish soati tartibini taxmin qilishingiz mumkin.

2. Xvilovning vazifasi va vakolati

Otzhe, kvant mexanikasi harakat qonunini va mikrozarrachalarning zaif kuchlarini yaxshilash uchun o'zaro ta'sirini bildiradi. Biroq, de Broyl shamollari (mikro-zarralar) elektromagnit shamollarning barcha kuchlarini yuvib yubormasligi muhimdir. Masalan, elektromagnit to'lqinlar kosmosda tarqaladigan elektromagnit maydondir. De Broglining sochining kengayishi har qanday elektromagnit maydonning kengayishi bilan bog'liq. Zaryadlangan zarrachalar bir tekis va to'g'ri chiziqli yiqilib, elektromagnit to'lqinlarni o'zgartirmasligi tajribada isbotlangan.

Elektronlarning diffraktsiyasi natijalaridan ushbu tajribalarda turli yo'nalishlarda har xil bo'lgan elektronlar nurlarining teng bo'lmagan taqsimlanishi mavjudligini ko'rsatadigan belgilar mavjud: ba'zi yo'nalishlarda ko'proq elektron kutiladi, qolganlarida esa pastroq. Zaif nuqtai nazardan, ularning ba'zilarida elektronlarning maksimal sonining mavjudligi bevosita de Broyl to'lqinining eng katta intensivligini ko'rsatishini anglatadi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, kosmosning bu nuqtasida shamolning intensivligi o'sha nuqtadagi elektronlarning nurlanishining intensivligini ko'rsatadi. Tse o'ziga xos statistik, hvil de Broylning hamma joyda bulutlanishi uchun asos bo'ldi.

Yagona to'g'ri narsa - materiya shamolining bulutlanishi, bu tasvirlangan faktlarni bir-birini xursand qilishga imkon beradi, statistik jihatdan bulutliroq: kasallikning intensivligi har bir sohada zarrachani chiqarish harakati bilan mutanosibdir. rozpodyl ymovírnosty znakhodzhennya chastki kosmosning qo'shiq nuqtasida soat lahzani tasvirlash uchun, funksiyasini joriy etish, qo'ng'iroq salomatlik funktsiyasi(yoki psifunksiya). Ular shunday boshladilarki imovirnist d V hajm elementida tez-tez uchraydigan d V, d V:

Jismoniy sensor Y funktsiyasining o'zi va modul modulining kvadratidir: kuch va kamtarlik: tobto. koordinatalari bo'lgan nuqtaning chetida joylashgan bitta obsyazidagi qismning ahamiyatini aniqlaydi. x, y, z. Oskílki perebuvannya chastki bu yerda kosmosda ê loyiq podíya va í ymovíríst ímorívnyuvati odinitsí, tse hvil funktsiyasi qondirilganligini bildiradi. ongni ongni normallashtirish:

Keyinchalik, kvant mexanikasida mikrozarrachalar yangisidan so'ng printsipial ravishda tavsiflanadi - qo'shimcha hvil funksiyasi uchun, masalan. axborotning asosiy tashuvchisi ularning korpuskulyar va zaif kuchlari haqida. Tse past oraliq aqllarning hvilov funktsiyasini yuklaydi. Hajm elementida kichik zarrachalarning paydo bo'lish imkoniyatini tavsiflovchi Y funksiyasi quyidagilarga bog'liq:

1. kintseva(imovirnist bir nechta bo'lishi mumkin);

2. aniq(imovirnist noaniq qiymat bo'lishi mumkin);

3. uzluksiz(imovirnystni chiziq bilan o'zgartirib bo'lmaydi).

Hvilning funksiyasi qanoatlantirildi superpozitsiya printsipi: agar tizimni yumshoq funktsiyalar bilan tavsiflangan turli mamlakatlarda sinab ko'rish mumkin bo'lsa, u holda ushbu funktsiyalarning chiziqli kombinatsiyasi bilan tavsiflangan Y stantsiyasida ham sinab ko'rish mumkin:

de W n (n\u003d 1, 2, ...) - dovílni, vzagali ko'rinadigan, murakkab raqamlar.

Qo'shish hvilyovyh funktsiyalari(dinamikaning amplitudasi) va emas Imovirnosti(xvilian funksiyalar modullarining kvadratlari bilan aniqlanadi) klassik statistik nazariya ko'rinishidagi kvant nazariyasiga tubdan zid keladi, mustaqil bo'linmalar uchun esa amal qiladi. katlama teoremasi.

Xvilov funktsiyasi mikroob'ektlarning asosiy xarakteristikasi bo'lib, kvant mexanikasida butun mikroob'ektni tavsiflovchi jismoniy miqdorlarning o'rtacha qiymatlarini hisoblash imkonini beradi:

.

deintegratsiya qiyalik kabi butun cheksiz kenglik bo'ylab amalga oshiriladi (7).

3. Rivnyannia Shredinger.

De Broyl shamollarining statistik bulutliligi va Geyzenbergning ahamiyatsizligi mos kelmasligi visnovkaga olib keldi, bu kvant mexanikasidagi inqilobga teng bo'lib, u turli kuch maydonlarida mikro-zarrachalarning harakatini tavsiflaydi, undan quvvat kuchining kuchi teng bo'lishi mumkin. quvvat qismlari chiyilladi. Asosan, tenglik hvil funktsiyasi darajasiga, bir xil bo'laklarga yoki, aniqrog'i, soat momentida qismning o'zgarishining harakatsizligini ko'rsatadigan qiymatga teng bo'lishi mumkin. t obyazí yilda d V, keyin. koordinatalari bo'lgan hududda xі x+d x, yі y+d y, zі z+d z. Oskilki shukane teng may vrahovuvati hvilyovi zarrachalar organlari, buti bo'lishi mumkin. hvilyovim teng.

Relyativistik bo'lmagan kvant mexanikasi asoslari 1926 yilda tuzilgan. e. Shredinger. Shredinger tenglamasi, fizikadagi barcha asosiy tenglamalar kabi (masalan, klassik mexanika uchun Nyuton tenglamasi va elektromagnit maydon uchun Maksvell tenglamasi), paydo bo'lmaydi, balki postulat qiladi. Bu tenglikning to'g'riligi yil natijalarini isbotlashi, yordam bilan qo'llab-quvvatlanishi, o'z chizig'ida tabiat qonuniga o'z xarakterini berishi bilan tasdiqlanadi. Rivnyannia Shredinger ko'rinishi mumkin:

, (8)

de, m zarracha massasi, D - Laplas operatori , i- yakkalik yaqqol namoyon bo'ladi, - kuch maydonining u qulab tushayotgan qismining potentsial energiyasi funktsiyasi, - qismning shukana hvil funktsiyasi.

Rivnyannya (8) kichik (yorug'lik shamolidan juftlashgan) shamol, tobto bilan qulab tushadigan har qanday qism uchun adolatli. v<. U hvili funktsiyasiga yuklangan aqllar bilan to'ldiriladi:

1) Y funktsiyasi bo'lishi mumkin kintseva, uzluksizі aniq;

2) qochib ketish aybdor buti uzluksiz;

3) funksiya bo'lishi mumkin integratsiyalashgan, keyin. integral aybdor buti kintsevim.

Rivnyannia (8) ê Shredingerning haddan tashqari hasadgo'yligi. Yogo ham deyiladi timchasning Shredingerning qarindoshlari oskílki soat bo'yicha Y funktsiyalaridan o'ch olmaydi. Biroq, mikrokosmosda sodir bo'ladigan ko'pgina jismoniy hodisalar uchun (8) tenglamani soatiga Y ni qo'shish orqali kechirish mumkin, shuning uchun siz Shredinger tenglamasini bilib olasiz. statsionar stantsiyalar - belgilangan energiya qiymatlariga ega bo'lgan stantsiyalar. Tse, quvvat maydoniga o'xshaydi, unda bir qismi yiqilib, harakatsiz, tobto. funktsiya potentsial energiyani sezishi mumkin bo'lgan soatda saqlanmasligi aniq. Shu tarzda, Shredinger yechimini ikkita funktsiya bilan ifodalash mumkin, ulardan biri koordinatalardan ko'p, aks holda - atigi bir soat, bundan tashqari, kuzgi vaqt ko'paytiruvchi bilan ifodalanadi, shuning uchun

de E- Povna energiyasi tez-tez, statsionar maydon vaqtida doimiy. (8) ni almashtirib, olamiz

Yulduzlar vazifani bildiruvchi sanadan oldin keladi y:

. (9)

Rivnyannia (9) deb ataladi statsionar stantsiyalar uchun Shredingerga teng. Qaysi darajaga qadar povna energiyasini kiritish uchun parametr E qismlar. Nazariy jihatdan, differensial ekvivalentliklarni yuzaga keltirish mumkinki, bunday ekvivalentlar shaxsiy bo'lmagan qaror qabul qilishi mumkin, bundan tashqari, chegara onglarining ustunligiga qarab, ular qarorlarni tanlaydilar, jismoniy ma'noga ega. Shredingerning bunday aqllarga tayanishi uchun, Hvily funktsiyalarining muntazamligini hisobga oling. Shunday qilib, haqiqiy jismoniy tuyg'u muntazam funktsiyalar bilan namoyon bo'ladigan bunday yechim bo'lish ehtimoli kamroq bo'lishi mumkin. y. Ale, muntazam echimlar parametr qiymatini unutmasligi mumkin E, faqat o'z to'plamini kuylash, berilgan topshiriqlar bilan. Energiya qiymatlari deyiladi to'hta. Xo'sh, yaki vydpovídat vlasnim energiya qiymatlari deyiladi quvvat funktsiyalari. Ma'no kuchi E uni uzluksiz, diskret qatorga aylantira oladi. Birinchi qarashda gapirish uchun uzluksiz, yoki sucilly, spektr, boshqasida - diskret spektr haqida.

4. Atomning yadro modeli.

Atomning bugungi kundagi yadroviy (sayyoraviy) modelini E. Rezerford targʻib qilgan. Zgídno z íêyu modeli, navkolko musbat yadro, scho zaryadlashi mumkin Ze (Z- Mendeliev sistemasidagi elementning tartib raqami, e- Elementar zaryad), kengaytirish 10 -15 -10 -14 m 10 dan 10 gacha chiziqli o'lchamlari bo'lgan maydonda deyarli atom massasiga teng bo'lgan massa m elektronlar yopiq orbitalar bo'ylab yiqilib, atomning elektron qobig'ini qondiradi. Atomlarning parchalari neytral, yadro zaryadi elektronlarning umumiy zaryadiga teng, ya'ni. yadroni o'rab oling Z elektron

Klassik fizika chegaralarida atom modelini induktsiya qilishga urinib ko'ring, muvaffaqiyat qozonmadi. Podolannya qiyinchiliklari yangisini yaratishni orzu qildi - kvant- atom nazariyasi. Bunday nazariyaga birinchi urinish Niels Bor tomonidan buzildi. Bor o'z nazariyasini ikkita postulatga asosladi.

Borning birinchi postulati (statsionar stansiyalar postulati): atomlarda statsionar bo'lib qoladi (yil bo'yicha o'zgarmaydi), energiyani o'zgartirmaydiganlarda. Atomning statsionar lageri statsionar orbitalar bo'lishi kerak, ular bilan elektronlar qulab tushadi. Elektronlarning statsionar orbitalar orqasida harakatlanishi elektromagnit to'lqinlarning rivojlanishi bilan birga kelmaydi. Atomning statsionar holatida dumaloq orbita bo'ylab qulab tushadigan elektron momentum momentining qiymatini diskret kvantlash uchun javobgardir, bu aqlni xursand qiladi.

de men- elektronning massasi, v- Yogo-svidkist n- orbitaning radiusi rn.

Boruning boshqa postulati (chastotalar qoidasi): elektron bir statsionar orbitadan ikkinchisiga o'tganda, energiya bilan bitta foton

turli statsionar stansiyalarda energiyaning teng taqsimlanishi ( E nі E m- o'sha vaqtgacha viprominuvannya (polyenannya) ga qadar atomning statsionar stantsiyalarining joriy energiyasi. Da E n<E m fotonning o'tishi o'zgaradi (atomning o'tishi ko'proq energiya bilan kam energiyali lagerga o'tadi, shuning uchun elektronning orbita yadrosidan eng yaqin masofaga o'tishi), qachon E n>E m- yogo gil (atomning lagerdan katta energiyadan o'tishi, tobto. elektronning orbita yadrosiga kattaroq masofaga o'tishi). Mumkin bo'lgan diskret chastotalar to'plami kvant o'tishlari atomning chiziqli spektrini belgilaydi.

Bor tomonidan osilgan postulatlar suv atomining spektrini ochishga imkon berdi vodorodga o'xshash tizimlar- yadro va zaryaddan tashkil topgan tizimlar Ze bu bitta elektron (masalan, He +, Li 2+ ionlari). Boruga ergashib, elektronning aylana statsionar orbitalar bilan kesishgan bunday sistemadagi harakatini ko'rib chiqamiz. Ruterford tomonidan taklif qilingan Virishuyuchi spylno tenglashtirish va tenglashtirish (10), radius uchun virazni olib tashlang n-í statsionar orbita:

.

Yulduzlar orbitalarning radiuslari butun sonlar kvadratlariga mutanosib ravishda o'sib borishi haqida qichqirmoqda. Atom uchun suv ( Z=1) elektronning birinchi orbitasining radiusi at n=1, sarlavhalar pershy borovskiy radiusi (a), dorivnyuê

,

scho in vídpovidaê rozrahunka vhodyachi z gazlarning kinetik nazariyasi.

Krym tsgogo, radius uchun vrahovuuchi kvantlash n-statsionar orbita qiymati, elektronning energiyasi ruxsat etilgan diskret qiymatlardan kamroq olishi mumkinligini ko'rsatish mumkin:

,

de minus belgisi elektronning ulangan stantsiyada tanbehlanganligini bildiradi.

5. Kvant mexanikasida atom suvi.

Suv atomi uchun elektronning energiya darajasi (shuningdek, suv tizimlari: geliy ioni He +, ikki ionlangan litiy Li ++ va in.) uchun elektronning energiya darajasi haqidagi muammoni hal qilish elektron muammosiga keltirilishi mumkin. yadroning Kulon maydonida rp.

Zaryadlashi mumkin bo'lgan elektron va yadro o'rtasidagi o'zaro ta'sirning potentsial energiyasi Ze(atom suv uchun Z=1),

,

de r- elektron va yadro o'rtasida turish.

Atomdagi elektronning tegirmoni hvil funksiyasi bilan tavsiflanadi y, bu potentsial energiyaning to'g'ridan-to'g'ri qiymatini ko'rsatadigan statsionar Shredinger tenglamasini (9) tasdiqlaydi:

, (12)

de m- elektronning massasi, E- atomdagi elektronning Povna energiyasi. Agar elektron qulab tushayotgan maydon markaziy nosimmetrik bo'lsa, hizalanish uchun (12) sferik koordinatalar tizimidan foydalaning: r, q, j. Ushbu vazifaning matematik yechimiga kirmasdan, biz hayratlanarli bo'lgan eng muhim natijalarga berilib ketamiz.

1. Energiya. Differensial tenglamalar nazariyasida (27) tipning yechimga teng ekanligini, u hvil funksiyasining yagonaligini ham, tugashini ham, uzluksizligini ham qanoatlantirishini tushuntirish mumkin. y, faqat yuqori energiya qiymatlarida

, (13)

tobto. salbiy energiya qiymatlarining diskret to'plami. Eng past riven E 1, bu mumkin bo'lgan minimal energiyani ta'minlaydi, - Asosiy, qolgan hammasi ( E n >E 1, n=1, 2, 3, …) – uyg'oning. Da E<0 движение электрона является pov'yazanim, va qachon E>0 – ozod; uzluksiz spektr mintaqasi E>0 ionlanish atomi. Viraz (13) suvdagi atom energiyasi uchun Bor tomonidan olingan formula bilan ishlaydi. Masalan, Bor qo'shimcha farazlarni (postulatlar) kiritdi, keyin energiyaning diskret qiymatlarining kvant mexanikasi nazariyaning o'zidan meros bo'lib, Shredinger variantidan iz qoldirmasdan qichqirdi.

2. Kvant sonlari. Kvant mexanikasida Shredinger tenglamasi (12) uchta kvant soni bilan ifodalanadigan quvvat funksiyalarini qanoatlantirishi aniqlandi: n, orbital l bu magnit m l.

Golovne kvant raqami n, zgídno (13), viznaê energiya elektronga teng atomlarda va bittadan boshlab har qanday butun qiymatlarni olishingiz mumkin:

n=1, 2, 3, …

Shredingerning hasadining yechimi aniq, scho impuls momenti(mexanik orbital moment) elektron kvantlangan, keyin. etarli bo'lishi mumkin emas, lekin formula bilan aniqlanadigan diskret qiymatlarni oladi

de lorbital kvant soni, berilgan uchun n qiymatini qabul qilish l=0, 1, …, (n-1), keyin. hammasidan n qiymat va belgi elektronning burchak momenti atomlarda.

Shredinger slaydning Z yechimi so, scho vektor l l elektron impuls momenti kosmosda, ba'zi boshqa proyeksiyalarda bunday yo'nalish kamroq bo'lishi mumkin Llz to'g'ri yo'nalishda z tashqi magnit maydonning kvantlangan qiymatlari quyidagilarga ko'paytiriladi:

Guruch. bitta

de m lmagnit kvant soni, berilgan uchun l qiymatni qabul qila olasizmi? m l=0, ±1, ±2, …, ± l, keyin. jami 2 l+1 qiymat. shunday tarzda, magnit kvant soni m l bildiradi to'g'ridan-to'g'ri topshiriqlar bo'yicha elektron impulsining proyeksiyasi, Bundan tashqari, atomlardagi elektronning vektor impulsini 2 fazoda topish mumkin l+1 yo'nalishi.

Atomning turli qismlarida elektronning imovirnistik namoyon bo'lishi. Elektron, o'z rus tilida, butun hajm bo'ylab bi "bo'yash" ga o'xshaydi, elektron tumanni tinchlantiradi, qalinlashadi, bu atom hajmining turli nuqtalarida elektronning ravonligini tavsiflaydi. n va l kvant raqamlari elektron qorong'ulikning kengayishi va shaklini, m l kvant soni esa elektron qorong'ulikning kosmosdagi yo'nalishini tavsiflaydi..

3. Spektr. Yaltiroq bo'lgan gazi, viprominuvance spektrining chiziqli qismini beradi. Kirxgof qonuniga ko'ra, gil gazlarning spektrlari ham chiziqli tuzilishga ega. Suv spektri uchun barcha ketma-ket formulalar deyilganidek, bitta formula bilan ifodalanishi mumkin zagalennyy Balmer formulasi:

, (16)

de R\u003d 3,293 × 10 15 s -1 - Postiyna Rydberga, mі n– tsílí raqamlari, bundan tashqari, tsíêí seriyasi uchun n=m+1, m+2, m+3 va boshqalar. Olti qator spektral chiziqlar oltita qatorga bo'lingan: Lyman seriyasi ( m=1), Balmer seriyasi ( m=2), Pashen seriyasi ( m=3), Qavslar qatori ( m=4), Pfund seriyasi ( m=5), Xamfri seriyasi ( m=6) (1-rasm).

6. Elektron spini. Pavlus printsipi. Farq qilmaslik printsipi

bir xil qismlar.

1922 yilda Aniqlanishicha, s-stendda aniq perebuvayut bo'lgan suvdagi atomlarning tor nurlari bir hil bo'lmagan magnit maydonda ikkita nurga bo'lingan. Kim uchun elektron impulsining butun impulsi nolga teng (14). Elektronning orbital harakati bilan bo'lgan atomning magnit momenti mexanik momentga mutanosib, u nolga teng va magnit maydon suvdagi atomlarning harakatiga qo'shilishi mumkin, bu muhimroqdir. bo‘lmoq, tobto. bo'linish ayb emas buti.

Ushbu hodisani, shuningdek, atom fizikasidagi boshqa bir qator qiyinchiliklarni tushuntirish uchun elektron ho'l buzilmagan mexanik momentum, biz kosmosdagi elektronning ruhiga tushib qolmaymiz, - orqaga. Elektron spini (va boshqa barcha zarralar) kvant miqdori, klassik analogi yo'q; ce vnutrishnya nevid'mna elektronning quvvati, zaryad va massaga o'xshash.

Elektron impulsga (spin) o'z mexanik momentini qanday tayinlaydi L s keyin Imu vídpovidaê vlasny magnit moment. Vídpovidno zagalnyh vysnovkív kvant mexanikasi uchun, spin qonunga muvofiq kvantlanadi

,

de sspin kvant soni.

Orbital burchak momentumiga o'xshab, proyeksiya L sz spin kvantlanadi, shunday qilib vektor L s 2 ni qabul qila olasizmi? s+1 yo'nalishi. Quyidagi parchalar faqat ikkita yo'nalishdan qo'rqishdi, keyin 2 s+1=2, yulduzcha s=1/2. Spinning to'g'ridan-to'g'ri magnit maydonidagi proektsiyasi, ê kvantlangan qiymat, (15):

de Xonimmagnit spin kvant soni; ikkitadan ortiq ma'no bo'lishi mumkin: .

Elektronlarning atomlarga bo'linishi kvant mexanik qonuniga muvofiq amalga oshiriladi, Pauli printsipi yoki o'chirish printsipi. Uning eng oddiy formulasida shunday deyilgan: "Atom bo'lsin, u ikkita bir xil statsionar lagerda almashinadigan ikkita elektronga ega bo'lolmaydi, ular bir nechta kvant raqamlari to'plami bilan belgilanadi: bosh. n, orbital l, magnit m l bu aylanish Xonim”, keyin. Z(n, l, ml, ms)=0 yoki 1, de Z(n, l, ml, ms)- Kvant holatida bo'lgan elektronlar soni, to'rtta kvant sonlari to'plami bilan tavsiflanadi: n, l, ml, milodiy. Shu tarzda, Pavlusning printsipi bir atomda bog'langan ikkita elektron bir xil kvant sonini olishini tasdiqlaydi.

Bitta va bir xil smut kvant soni bo'lishi mumkin bo'lgan boy elektron atomida elektronlarning to'planishi n, ism elektron qobiq. Teri qobig'ida elektronlar bo'linadi chig'anoqlar, Siz nima deb o'ylaysiz l. Oskílki orbital kvant soni nabuê qiymati 0 dan n-1, tartib raqamiga teng qobiqlar soni n qobiqlar. To'pdagi elektronlar soni magnit va magnit spin kvant raqamlari bilan belgilanadi: ma'lumotlar bilan to'pdagi elektronlarning maksimal soni. l bitta 2 (2 l+1).

Agar biz bitta mikrozarracha (bir elektron) harakatini ko'rib chiqishdan boy elementli tizimlarga o'tadigan bo'lsak, unda klassik fizikada o'xshashi yo'qdek maxsus kuchlar paydo bo'ladi. Keling, kvant-mexanik tizim bir xil zarralardan, masalan, elektronlardan iborat. Barcha elektronika bir xil jismoniy kuchga ega bo'lishi mumkin - massa, elektr zaryadi, spin va boshqa ichki xususiyatlarga ega. Bunday qismlar deyiladi xuddi shu.

Xuddi shu zarrachalar tizimining mustaqil kuchlari paydo bo'ladi asosiy kvant mexanikasi printsipi - bir xil zarralarning ajralmasligi printsipi, bir xil qismlarni eksperimental ravishda ajratish mumkin emas. Klassik mexanikada bir xil qismlar lager orqasida kosmosda va impulslar bo'yicha ajratilishi mumkin, tobto. Klassik qismlar individuallikni yaratishga qodir.

Kvant mexanikasi boshqa pozitsiyaga ega. Zí spívvídshennya neznachennosti vyplivaê, mikropartikullar uchun scho vzagali traektoriyasini tushunish zastosovuêtsya emas; mikrozarrachaning tegirmoni hvilian funktsiyasi bilan tavsiflanadi, bu sizga mikrozarrachaning ushbu chi va boshqa kosmos nuqtalarining chekkasida joylashgan joyini kamroq ravonligini () hisoblash imkonini beradi. Kosmosdagi ikkita bir xil qismning hvilyoví funktsiyalari kesishishi kabi, keyin u ko'tariladi, chunki galusi bir qismi tanbeh qilinganidek, hislar yengillashadi: siz faqat bu galusidagi perebuvannya ehtimoli haqida gapirishingiz mumkin. bir xil palisadlardan biri. Shunday qilib, kvant mexanikasida bir xil narsa ko'pincha individualligini yo'qotadi va farqlanmaydi.

7. Kvant statistikasi. Virogen gaz.

Kvant statistikasida statistik fizikaning asosiy vazifasi tizim zarralarini ushbu boshqa parametrlar - koordinatalar, impulslar, energiyalar bo'yicha bo'linishning muhim funktsiyalariga, shuningdek, makroskopik ko'rsatkichlarni tavsiflovchi parametrlarning o'rtacha qiymatlariga asoslanadi. tizim zarrachalarining holati. Fermionlar va bozonlar tizimlari uchun qoidalar bir xil, lekin ba'zan boshqacha, chunki bozonlar Pavlusning printsipiga mos kelmaydi. Vídpovídno tho dvíny nítíny statístíki gacha: Fermi-Dirak va Bose-Eynshteyn, ularning chegaralarida energiya uchun tizim zarralarini taqsimlash funktsiyasi turi aniqlanadi.

Nima deb o'ylaysan energiya uchun funktsiya rozpodiluê chastka víd zagalí̈ kílkostí zarralar, yaki mayut energiya intervalda znachení víd V oldin W+dW:

,

de N- ko'p miqdordagi zarralar, f(V)- Funktsiya energiyaga bo'lingan.

Tizim uchun n energiya bilan o'zaro ta'sir qilmaydigan fermionlar V(ideal Fermi gazi) yoki tizimlar bilan n energiya bilan o'zaro ta'sir qilmaydigan bozonlar V(Ideal Bose gazi) quyidagilarga o'xshash funktsiyalarga ega edi:

, (17)

de k- Postiyna Boltsmann, T- termodinamik harorat, m- izoxorik yoki izoentropik jarayonda sistemaning zarrachalari soni bittaga o'zgarganda tizim energiyasini o'zgartiradigan kimyoviy potentsial. Fermi-Dirak statistikasi doirasida (32) "+" belgisini oling, keyin. qaysi yo'nalishda. Bose-gas uchun Vidpovidno - belgisi "-" í.

Gaz chaqirdi virogenim xuddi klassik ideal gazning kuchlari kabi. Virogen gazda zarrachalarning gazga o'zaro kvant-mexanik in'ektsiyasi va bir xil zarrachalarning chalkashishi mavjud. Fermionlar va bozonlarning virion davridagi xatti-harakatlari boshqacha.

Gaz hosil bo'lish darajasini tavsiflash uchun kiriting jonlanish parametri LEKIN:

Funktsiya ikkala kvant statistikasini yaratish parametri qo'shilgandan so'ng quyidagi shaklda yozilishi kerak bo'lgan bo'lindi:

.

Malium A ning tug'ilish parametri qanday<<1, то и функция распределения превращается в Maksvell-Boltzman bo'linish funktsiyasi, bu tozalanmagan gazning klassik statistikasiga asoslanadi:

Virogen harorati harorat deyiladi, buning uchun ideal gazning kvant kuchi, zarrachalarning o'ziga xosligi aniq ko'rsatilgan. Gaz hosil bo'lishi uchun harorat mezonini taxminiy baholash oson. Oddiy gazlarning hosil bo'lishi past haroratlarda ko'rsatiladi. Metalldagi foton va elektron gaz uchun ce to'g'ri emas. Metalllardagi elektron gaz amalda virogenlanishning harakatlantiruvchi kuchi hisoblanadi. Faqat bir necha o'n minglab darajadan yuqori haroratlarda elektron metall Maksvell-Boltzmanning klassik statistikasiga asoslangan bo'lar edi. Ammo quyultirilgan zavodda metallardan foydalanish bunday haroratlar uchun mumkin emas. Shuning uchun, metallardagi elektronlarning xatti-harakatlarining klassik tavsifi qonunlardan bir soat oldin elektrodinamikaga, keskin o'ta o'qishga olib keladi. Supero'tkazuvchilarda elektron gazning kontsentratsiyasi sezilarli darajada kamroq, metallarda kamroq. Onglarda virogenlik harorati 10 -4 ga yaqin bo'ladi, o'tkazgichlardagi elektron gaz virusli bo'lmagan va klassik statistikaga suborders bo'lishidan oldin. Virogen gazning ko'p qismi foton gazidir. Foton massasi nolga yetganligi sababli, normal nomuvofiqlikni hosil qilish harorati. Har qanday harorat uchun foton gazi virogenimdir. Atom va molekulyar gazlar unumdorligi kamroq bo'lishi mumkin. Misol uchun, oddiy aqllar uchun suv uchun, jonlanish harorati 1 K ga yaqin bo'ladi. Boshqa gazlar uchun muhim, pastroq suv, hatto kamroq. Oddiy aqllar uchun gazi virogenlarni sotib olmaydi. Gazlarning kvant kuchi bilan bog'liq bo'lgan jonlanish molekulalararo o'zaro ta'sirlar tufayli o'zini kamroq, ideallik shaklida gazlarning past ekshalatsiyasini namoyon qiladi.

0 K da kristalldagi elektron o'tkazuvchanlikning onasi bo'lishi mumkin bo'lgan maksimal energiya deyiladi Fermer xo'jaligi energiyasi va belgilang E F. Eng baquvvat riven, elektronlar tomonidan ishg'ol deyiladi teng Fermi. p align="justify"> Fermi darajasi Fermi energiyasini yangilaydi, shuning uchun elektronikani bu darajaga joylashtirish mumkin. Rivne Fermi, shubhasiz, kattaroq bo'ladi, elektron gazning ko'lami qanchalik katta bo'lsa. Elektronning metalldan chiqishi ishi Fermi teng, tobtosiga muvofiq amalga oshirilishi kerak. elektronlar egallagan energiya liniyalarining tepasidan.

8. Qattiq jismlarning tarmoqli nazariyasini tushunish.

Shrodingerga teng Vikoristovuyuchi, printsipial jihatdan, siz kristalga qarashingiz mumkin, masalan, yogo energiyasining qiymatini, shuningdek, energiya stantsiyalarining turlarini bilishingiz mumkin. Biroq, klassik va kvant mexanikasida ham, boy chuqurliklar uchun bunday vazifani aniq bajarishning kundalik usullari mavjud. Shu sababli, topshiriq taxminan boy zarralar masalasidan berilgan real maydonda qulab tushadigan bitta elektron haqidagi bir elektronli masalaga bo'linadi. Yuqoriga olib boradigan shunga o'xshash yo'l qattiq jismlarning zona nazariyasi.

Guruch. 2

Hozircha atomlar izolyatsiya qilingan, ya'ni. makroskopik oynalarda bir turdagi bir bilish, ishlayotgan energiya tenglik sxemalari hidi. Kristal eshiklarni yoritganda, tobto. atomlar atomlararo masofalarga yaqin bo'lganda, atomlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir atomlarning energiyasi teng bo'lgan atomlarning o'zgarishi, bo'linishi va zonalarga kengayishi, qoniqtiradigan nuqtaga keltirilishi mumkin. zona energiya spektri. Shaklda. 2 atomlar o'rtasida energiya rivnív kuzgi bo'linish ko'rsatadi. Ko'rinib turibdiki, kamroq teng, valent elektronlar bo'linadi va kengayadi, ular yadroga zaifroq bog'langan va eng katta energiyaga ega bo'lishi mumkin, shuningdek, atomning asosiy holatida bo'lgani kabi, ular elektronlar bilan band emas. Va ichki elektronlar qatlamlari bo'linmaydi yoki zaif bo'linadi. Bu tartibda qattiq jismlarda ichki elektronlar xuddi izolyatsiyalangan atomlardagi kabi harakat qiladi, valentlik elektronlari esa "jamlangan" - butun qattiq jism bilan birga yotadi.

Tashqi elektronlarning energiyasi shakldagi paypoqlarning chegaralarida qiymatga ega bo'lishi mumkin. 2 ta maydon, darajalar ruxsat etilgan energiya darajasi. Teri zonasiga qo'shni diskret chiziqlarni o'z uslubida "qabul qilish" mumkin, kristaldan qasos olish uchun ko'proq atomlar: kristalldagi atomlar qancha ko'p bo'lsa, zonadagi chiziqlar shunchalik jilolanadi. Vídstan mízh susídními ívími ívími ívními ívíními ívními ívními vídígraê rozpodílu elektronív izní stanami uchun muhim rol. Ruxsat etilgan energiya zonalari, ular deyilganidek, o'ralgan energiya qiymatlariga bo'linadi energiya zonalari bilan o'ralgan. Elektronikaning badbo'y hidi. Zonalarning kengligi (ruxsat etilgan va o'ralgan) kristall doirasiga kirmaydi. Ruxsat etilgan zonalar valent elektronlarning atomlar bilan kengroq, pastroq zaif aloqalari.

Qattiq jismlarning zona nazariyasi, bir qarashda, metallar, dielektriklar va o'tkazgichlardan foydalanishning jonliligiga imkon berdi, bu elektr quvvatining kuchini, birinchi navbatda, ruxsat etilgan zonalarni elektronlar bilan teng bo'lmagan to'ldirishni va boshqa yo'l bilan tushuntirdi. , o'ralgan zonalarning kengligi. Zona yaqinidagi energiya liniyalarini elektronlar bilan to'ldirish darajasi mos keladigan atom chiziqlarini to'ldirishga tayinlanadi. haqida gapirishingiz mumkin valentlik bandi, chunki u butunlay elektronlar bilan to'ldirilgan va erkin atomlarning ichki elektronlarining energiya tengligidan yaratilgan; o'tkazuvchanlik zonalari (viloyat zonasi), u yoki tez-tez elektronlar bilan to'ldirilgan, yoki u erkin va energiyadan o'rnatilgan elektronlar va izolyatsion atomlarning mavjud "kollektivizatsiyasi" ga teng. Zonalarni elektronlar bilan to'ldirish bosqichi ko'rinishidagi kuzda va o'ralgan zonaning kengligida ba'zi depressiyalar bo'lishi mumkin (3-rasm).

Shaklda. 3, a elektron qasos olish uchun haqiqiy maydon faqat qisman to'ldiriladi, tobto. ny ê vakant teng. Ushbu rejimda elektron miqyosli past energiyali "qo'shimchani" (masalan, issiqlik almashinuvi tezligi yoki elektr maydoni uchun) olib tashlagan holda, zonaning yuqori energiya darajasiga o'tishi mumkin,

Kvant qismining shamol uzunligi impulsga mutanosib ravishda o'ralgan.

Subatomik dunyo faktlaridan biri uning ob'ektlari - elektron fotonlar kabi - makrokosmosning yulduz ob'ektlariga o'xshamasligi bilan bog'liq. Xushbo'y hid o'zini zarrachaga o'xshamaydi, kasallikka o'xshamaydi, balki o'ziga xos jasoratga o'xshab, atrof-muhitda zaif va zaif, korpuskulyar kuchga ega. div. Dodatkovosti printsipi. Bir o'ngda - tse zaviti, va zovsym ínsha - pov'yazati birga hvilyoví va kvant zarralari xatti korpuskulyar jihatlari, aniq tenglik ularni tasvirlab. Xuddi shu narsa de Broglining spívvídshenie tomonidan vayron qilingan.

Lui de Broyl o'z nutqining qisqacha mazmunini 1924 yilda doktorlik dissertatsiyasining ombori sifatida nashr etdi. De Broylning ilohiy g'oyaning orqasida berilgan spivingi nazariy fiziklarning mikroyorug'lik haqidagi ko'rinishini tubdan o'zgartirdi va kvant mexanikasining rivojlanishida eng muhim rol o'ynadi. Nadal, de Broylning mashinasi ko'proq prozaik tarzda shakllandi: nafaqaga chiqqunga qadar u Parijda fizika professori bo'lib ishladi va endi inqilobiy tushunchalarning hayratlanarli cho'qqilariga ko'tarilmadi.

Endi keling, de Broylning siqishning jismoniy tuyg'usini qisqacha tasvirlab beraylik: har qanday qismning jismoniy xususiyatlaridan biri - y. tezlik. Ba'zi fizika bilan, bir qator nazariy va amaliy mirkuvonlarda, shunga o'xshash qismning tezkorligi haqida emas, balki qisqacha gapirish kerak. impulslar(aks holda qancha pul), bu vv massasida oz miqdorda yangilikni olishning qimmatroq usuli. Boshqa asosiy xususiyatlar bilan tavsiflangan bo'lsa-da - uzoq vaqt (bir xil belgining ikkita muhim amplitudali cho'qqilari o'rtasida) yoki chastota (uzoq vaqtga mutanosib ravishda o'ralgan qiymat, ya'ni belgilangan nuqtadan o'tishi mumkin bo'lgan cho'qqilar soni. bir soat). De Broyl kvant zarrasining impulsi deb ataladigan spontanlikni shakllantirishgacha borgan. Ríz dozhinoy hvili l, qanday tasvirlang:

p = h/λ yoki λ = h/p

To'g'ridan-to'g'ri shunday gapirish kerak: bazannya orqasida zarracha kabi kvant ob'ektini ko'rish mumkin, bu juda ko'p harakatlanishi mumkin. R; boshqa tomondan, hushtak, qimmat l va taklif qilingan tenglarga tayinlangan dozhina kabi ko'rinishi mumkin. Boshqacha qilib aytganda, kvant qismining ba'zi korpuskulyar kuchlari o'zaro bog'liqdir.

De Broylning shov-shuvi kvant mexanikasining tug'ilayotgan eng katta sirlaridan birini tushuntirishga imkon berdi. Agar Niels Bor atom modelini aytgan bo'lsa ( div. Bohr atomi) kontseptsiyasini o'z ichiga oladi ruxsat etilgan orbitalar Yadrodagi elektronlar, xuddi badbo'y hid kabi, energiyani isrof qilmasdan uzoq vaqt davomida o'ralgan bo'lishi mumkin edi. De Broyl tushunchasi yordamida biz fikrni misol qilib keltirishimiz mumkin. Agar siz elektronni tez-tez qabul qilsangiz, elektron o'z orbitasida qolsa, bu uning yadro shaklida bo'lishi tezligining (yoki virnish, impulsning) aybidir.

Xo'sh, ma'lum bir radius orbitasiga to'g'ri keladigan elektronlar zarar ko'rsin, orbita sonining soni berilgan radius sonining butun soniga teng bo'lishi kerak. Boshqacha qilib aytganda, elektron orbitasi atrofida bir, ikki, uchta (va shunga o'xshash) dojinlardan ortiq yogo hvil ko'proq narsani qila oladi. Muayyan miqdordagi dojinlarda elektronni kerakli orbitaga qo'yib bo'lmaydi.

tsomu da de Brogli ning spívvídnosheniya bosh jismoniy ma'no, scho biz (korpuskulyar namoyon da) chi dozhini hvil (qachon hvilovym) orbitalarda elektronlar impulslar nafaqa aniqlash mumkin. Ko'p sonli orbitalar uchun esa, de Broylning spontanligi shuni ko'rsatadiki, ma'lum bir impulsga ega bo'lgan elektron (qismga o'xshaydi) bu orbitaga sig'adigan darajada ko'p miqdordagi tebranishlarni keltirib chiqara olmaydi (zaif ko'rinish uchun). Avvalo, qo'shiq shamoliga o'xshab ko'rinadigan elektron elektronni orbitada (korpuskulyar o'lponda) qoldirishga imkon beradigan yaxshi impuls olishdan uzoqdir. Boshqacha qilib aytganda, ma'lum radiusli ko'proq orbitalar uchun kichik yoki korpuskulyar tavsif elektronni bir xil turdagi yadroga o'tkazib bo'lmasligini ko'rsatadi.

Biroq, orbitalar soni kam, ba'zi hollarda elektron haqida bunday korpuskulyar ko'rinishlar paydo bo'ladi. Ushbu orbitalar uchun elektronning orbita bo'ylab harakatlanishini davom ettirishi uchun zarur bo'lgan impuls (korpuskulyar tavsif) elektronning aylana ichiga sig'ishi uchun zarur bo'lgan doira uzunligini aniq ko'rsatadi (korpuskulyar tavsif). Xuddi shu orbitalar va paydo bo'ladi joiz atomning Bor modelida parchalar faqat ulardagi korpuskulyar va elektronlarning kuchsiz kuchi yuzakilikka kirmaydi.

Bu tamoyilning yana bir talqini bor - falsafiy: atomning Bor modeli kamroq elektronlar orbitasiga o'xshab qolishi mumkin, buning uchun bu muhim emas, go'yo ikkita aqliy toifadan odam ularni tavsiflash uchun zastosovu. Bu, boshqacha qilib aytganda, kuchning haqiqiy mikrokosmosidir, shuning uchun siz buni ilgari qila olmagansiz, ba'zi toifalarda biz buni tushunishimiz mumkin!

Div. shuningdek:

1926

1-tomon

Kimyoviy jarayonlar molekulalarning transformatsiyasiga olib keladi, tobto. atomlar orasidagi aloqalarning yo'q qilinishini oqlashdan oldin. Shuning uchun kimyoning eng muhim muammosi har doim nutqning kundalik kuchi bilan chambarchas bog'liq bo'lgan kimyoviy o'zaro bog'liqlik muammosi bo'lgan va endi emas. Kimyoviy hayotning oziqlanishi va kimyoviy bog'lanish xarakterining hozirgi ilmiy talqini berilgan kvant

mexanika

- mikrozarrachalarning (elektronlar, yadrolar va boshqalar) uzilishi va o'zaro ta'siri nazariyasi.

Materiyaning oliy kuchlaridan biri ikkilikdir. Moddaning bo'laklari bir vaqtning o'zida korpuskulyar va zaif kuchga ega bo'lishi mumkin. Spivvídnoshennia "hvilya - chastka" shunday zmenshennyam masi vv khvilyoví vlastivostí daedali ko'proq posilyuyutsya, va korpuskulyar - zaifroq. Agar qism atom bilan bog'liq bo'lsa, ular odatdagi hvilyovyshchani kutishadi. Bir vaqtning o'zida mikrozarralar-hvilning harakati va o'zaro ta'sirini katta massa bilan tananing harakat qonunlari bilan tasvirlab bo'lmaydi. Qonunlari hvilovi va zarrachalarning korpuskulyar kuchiga teng bo'lgan hvilovo yoki kvant mexanikasining bevosita yaratilishining birinchi kroki, zrobiv de Broyl (1924). De Broyl, gipoteza bilan kelib, bandajlarning terining moddiy qismi bilan davriy jarayon mavjud. Agar u tez-tez qulab tushsa, unda butun jarayon shamolning ko'z o'ngida bo'lib ko'rinadi, u deyilganidek, kengaymoqda. hwileyu de droille

Abo faza kasalligi

V qismining aylanasi dojin shamolidan l bog'langan de Broyl nutqlari

de m - qismning massasi (masalan, elektron);

h - doimiy Plank.

Rivnyannya (1) zarrachalarning erkin oqimiga keltiriladi. Agar uning bir qismi kuch maydonida qulab tushsa, shamol u bilan bog'langan bo'lsa, u shunday tasvirlangan. salomatlik funktsiyasi

Shredinger (1926) funktsiyaning ochiq ko'rinishini ta'kidladi. Bizga yaqinlashib kelayotgan yo'lda while funktsiyasini bildiring. Ea tekis monoxromatik yorug'lik to'lqini maydonining kuchini tavsiflovchi tenglamani bir qarashda yozish mumkin:

, (2)

de Ea0 - xirillash amplitudasi;

n - kolivanlarning chastotasi;

t - soat;

l - dozhina khvili;

x - while ning to'g'ri chiziq kengligining y-koordinatasi.

Oskílki boshqa pokhídny víd vídnninní flatívíli (2), soatiga tí koordinatali x, ívny vídpovídno olinadi:

, (3)

, (4)

keyin

l \u003d c / V (s - yorug'likning engilligi) o'rniga tekis engil jun uchun ingichka chiziqni olish kerak:

, (5)

Transformatsiyaning boshlanishi qavslarga asoslanadi, shuning uchun de Broglining keng sochlari o'xshash chiziqlar bilan tasvirlanadi va bu sochlar statsionar va sharsimon bo'ladi. Boshqa tomondan, teng (5) uchun yangi funktsiyaning koordinatalar (ch, y, z) ko'rinishidagi qiymatlari o'zgarishi, joriy kolival jarayonining amplitudasi hissi borligi aniq. . Shunday qilib, Ea ni ps bilan almashtirsak, biz shakl balansini olib tashlaymiz.

Bor modelidagi nomuvofiqliklar. Borning atom modeli bir necha jihatdan isbotlangan. U elementlarning davriy sistemadagi taqsimlanishini va elementlarning ionlanish energiyasining o‘zgarishi qonuniyatini izohlash uchun ishlatilishi mumkin. Prote Bohr modeli ba'zi kamchiliklarga ega bo'lishi mumkin. 1. Ushbu model muhim elementlarning spektrlarida o'ziga xos xususiyatlarni tushuntirishga imkon bermaydi, past suv. 2. Atomlardagi elektronlar yadro atrofida aylana orbitalarida kichik burilish momenti bilan o‘ralishi tajribada tasdiqlanmagan.

Elektronning asosiy tabiati. Ko'rinib turibdiki, binoning elektromagnit tebranishi zaif ko'rinmaydi, shuning uchun korpuskulyar kuchlar (zarrachalarning kuchiga o'xshash). Ba'zida u zarralar oqimiga o'xshaydi - fotonlar. Fotonning energiyasi yogo uzun shamol l yoki chastota y bilan bog'liq E = hυ = h c/ λ ( h = λ · υ),

de h- Postiyna Plank dorívnyu 6.62517∙10 -34 J∙s, c- engil shvedlik.
Lui de Broyl, zaif kuchga o'xshab, elektronga tegishli bo'lishi mumkin bo'lgan indulgentsiya tabassumi bilan gapirdi. Eynshteyn rivnyannya ( E = m h 2) bu Plank ( E = h y) birida:

hυ = m c 2 h c/ λ = m c 2 l = h/m c.

λ = h/m · ѵ,

de- ѵ elektron tezligi. Tse teng ( Rivnyannia de Broglie), bu yoga impulsi bilan uzoq shamolni uyg'otadi ( m v) va atomning elektron hayotining Hvil nazariyasiga asos bo'ldi. De Broyl elektronga xuddi tik turgandek qarashga chaqirdi, go'yo atom orbitasiga elektron soni teng bo'lgan sonini ko'rsatishi kerakdek. Shunday qilib, birinchi elektron sathda (n = 1) joylashgan elektron atomda bitta uzun chiziqni, ikkinchisida ikkita ingichka chiziqni (n = 2) ko'rsatadi.

Elektronning asosiy tabiati uni qo'shiq traektoriyasi bilan tasvirlab bo'lmaydigan darajaga etkazishdir, traektoriya tarqaladi, u "ahamiyatsiz smuga" ko'rinadi, unda ē biladi. Elektronni noto'g'ri ishlatishni qanchalik aniq nomlashimiz kerak bo'lsa, biz yoga svidkistini aniq bilamiz. Kvant mexanikasining yana bir qonuni shunday yangraydi: “Ma’lum bir aniqlik bilan qulab tushayotgan elektronning impuls (tezligi) koordinatalarini aniqlab bo‘lmaydi” – bu Geyzenbergning ahamiyatsizlik tamoyili. Imkoniyat Shredinger tomonidan baholanadi (asosan kvant mexanikasi):

H · ps = E · ψ,

de H - Gamilton operatori bo'lib, u amallar ketma-ketligini va funksiyani ko'rsatadi. Yulduzlar E = H · ps/ps. Rivnyannya maê kílka rozvyazkív. Shredinger eritmasi bo'lgan Xvilov funktsiyasi atomdir. orbital. Atomda elektronga aylanish modeli sifatida elektron tartibsizliklar haqida bayonot berildi, o'xshash joylarning kengligi u erda elektron mavjudligining bir xilligiga mutanosibdir.



Elektronning aniq joylashishi mumkin emasligidan qat'iy nazar, elektronning har qanday momentda bir xil holatda harakatsizligini ko'rsatish mumkin. Geyzenbergning ahamiyatsizlik printsipidan ikkita muhim fikr paydo bo'ladi.

1. Elektronning atomga shoshilishi - traektoriyasiz Rok. Kvant mexanikasida traektoriyani almashtirish aniqroq bo'ldi -imovirnist Atomning singli qismidagi perebuvannya elektron, xuddi elektron tumanga o'xshab elektronga qaragandagi elektron bo'shliq bilan bog'liq.

2. Elektron yadroga tusha olmaydi. Bor nazariyasi qaysi hodisani tushuntirib bermadi. Kvant mexanikasi bir narsani tushuntirdi. Elektron koordinatalari darajasining bir vaqtning o'zida yadroga tushishi elektron energiyasining 1011 kJ/mol va undan ko'p tez o'sishiga olib keldi. Yadroga tushish o'rnini bosadigan bunday energiyaga ega bo'lgan elektron atomni mahrum qilishda aybdor. Ko'rinishidan, scho susilla elektronni yadroga tushmasligi uchun emas, balki atom chegaralarida elektronni ushlab turish uchun kerak.

Adabiyotlar ro'yxati:

    Sinkevich O.A., Staxanov I.R.; plazma fizikasi; MEI ko'rgazmasi, 1991 yil

    Sinkevich O.A.; Sukkulent o'rtalarida bu nomuvofiqlik; MEI ko'rgazmasi, 2016 yil

    Sinkevich O.A.; Qattiq tana plazmasining akustik tovushlari; MEI ko'rgazmasi, 2007 yil

    Aretemov V.I., Levitan Yu.S., Sinkevich O.A.; Past haroratli plazmadagi beqarorlik va turbulentlik; MEI, 1994/2008

    Rayder Y.P.; Gaz chiqarish fizikasi 1992/2010

    Ivanov A.A. Kuchli tartibsiz plazma fizikasi 1977 yil

Plazma- o'rta qismi neytral zarrachalardan (molekulalar, atomlar, ionlar va elektronlar) elektromagnit maydonning o'zaro o'zaro ta'sirida - smutdan iborat.

Plazmani qo'llang: Quyosh, elektr (bliskavki), Pivnichne síyannya, zvaryuvannya, lazer.

Plazma

    gaz(9-semestr). Qalinligi 10 4 dan 10 27 kg / m 3 gacha, harorat 10 5 dan 10 7 K gacha o'zgarishi mumkin.

    qattiq(10 semestr).

Agregat tegirmonining orqasidagi plazma

    Chastkova. Agar zarrachalar yig'indisi bo'lsa, ularning bir qismi ionlangan.

    Povniy Agar barcha qismlar ionlangan bo'lsa.

Nordonning ko't qismida plazma egalik qilish usuli. 0 K haroratdan boshlab, qizib keta boshlaydi, kob tegirmonida u qattiq bo'ladi, bir xil qiymatga erishgandan so'ng u kamdan-kam, keyin esa gazga o'xshaydi. Haroratga qarab dissipatsiya sodir bo'ladi va kislota molekulasi kislota atomlariga bo'linadi. Elektronlarning kinetik energiyasini isitishni davom ettirish uchun atomni yo'q qilish kifoya qiladi va shu tarzda atom ionga (qisman plazma) aylanadi. Agar siz qizishda davom etsangiz, sizda atomlar (yuqori plazma) tugamaydi.

Plazma fizikasi ilg'or fanlarga asoslanadi:

    Termodinamika

    Elektrodinamika

    Ruhni zaryadlovchi jismlarning mexanikasi

    1. Klassik (Nyuton tenglamasi)

      1. Nereviteliysk (U<

        Reviteliysk

    2. Kvantov

      Kinetik nazariya (ur. Boltzmann)

Ekstremal elektromagnit maydonlarda klassik mexanika

Keling, agar B=0 bo'lsa, ob-havoni ko'rib chiqaylik.

Keling, kuzni ko'rib chiqaylik, agar E = 0, U = (Ux, 0,0); B=(0,0,Bz)

E=(0,Ey,0) va B=(0,0,Bz) bo'lsa, kuzni ko'rib chiqamiz. Rozvyazannya heterojen teng ko'rinishi mumkin bo'lsin

Kengayish kuchi tufayli kuchli elektromagnit maydonlarda klassik mexanika

zal effekti- Strum oqimi magnit maydon mavjudligi va zarrachalarning yopilishi sababli elektr maydonining vektori emas.

Elektrodinamika

Zavdannya: ê deyaka zaryadning bir qismi (q), belgilangE(r). Keling, bu nafaqani qabul qilaylik: butun o'simlik statsionar, strums ko'p emas, shuning uchun 1-qism kabi va u qulab tushmaydi. Skayarlar rot(B) va div(B) 0 ga teng, keyin vektor B=0. Muammo sferik simmetriya bo'ladi deb taxmin qilish mumkin, ammo bu Ostrogradskiy-Gauss teoremasini yengish mumkinligini anglatadi.

Plazma elektromagnit maydoni

Vazifa: ê to'lovning bir qismi (q), neytral plazma bilan sayqallangan. Oldingi vazifa uchun ruxsatlar o'zgarmadi, ya'ni B=0. Plazmadagi neytral va salbiy zaryadlarning kontsentratsiyasi bir xil bo'ladi.

Plazma infuzioni

Keling, ushbu vazifani ko'rib chiqaylik. Ê 2 proton va elektronni zaryad qiladi. Protonning massasi elektronning massasidan boyroq bo'lganligi sababli, proton riket bo'lmaydi. Ko'rinmas tarzda, elektronni bir oz yo'lga qo'ying, men hasad qilaman va, albatta, yogo, biz uni bosqichma-bosqich olib boramiz.

Rivnyannya elektromagnit esa

Biz qadamga qaraymiz, soqov soqov, zaryad soqov, keyin

Elektromagnit to'lqinning hizalanishi bo'yicha qanday qaror qabul qilish kerak, qanday qilib

Elektromagnit xirillashni strum bilan tenglashtirish (plazmada)

Aslida, o'tgan zavod tomonidan hech narsa bezovta qilmaydi

Bu ekvivalentning yechimi shunday ko'rinish bo'lsin

Elektromagnit paxmoq plazma orqali o'tib ketganidek, u sinmaydi va cho'kmaydi.

Plazma termodinamiği

Termodinamik tizim- bu shunday tizimki, uning uchun energiya, impuls va ma'lumotlarning eng muhim vositasidan hech qanday almashinuv yo'q.

Termodinamik potentsiallarning bunday darajali belgilanishini chaqiring

Plazma uchun ideal gazga qanday yaqinlashish mumkin

Aytaylik, barcha zaryadlar elektronika bo'lib, ular orasidagi farq hatto kichik, hatto

Zaif soqolsiz sohada siz virusli uyg'unlik hissini uyg'otishingiz mumkin

Kvant ichki energiya zonasida Faradayning ichki energiyasi

Kuchli ideal bo'lmagan plazma zonasida nutqning o'tkazuvchanligi keskin o'zgarishi mumkin, shuning uchun nutq dielektrik va o'tkazgichga aylanadi.

Rozrahunok plazma ombori

Kimyoviy elementlarning kontsentratsiyasini aniqlash uchun rozrahunku olinadigan asosiy printsip. Agar berilgan tizim harorat va bosim bo'yicha teng ekanligi ma'lum bo'lsa, u holda nutq miqdori uchun Gibbs energiyasi 0 ga qimmatroq bo'ladi.

Turli xil ionlanishlar mavjud: xira kvant, hayajonlangan atomli plash, termal. (juda termal masofaga qaraydi). Uning uchun bunday tenglar tizimi chiqadi.

Asosiy muammo shundaki, kimyoviy potentsialni konsentratsiya bo'yicha qanday saqlash kerakligi aniq emas, buning uchun kvant fizikasiga qaytish kerak.

Noma'lum sabablarga ko'ra, xarajat erkin energiya konsentratsiyasi teskari bo'lganiga teng. Atom va ion uchun De Broyl issiqligining parchalari ê deyarli bir xil, hidi tez. Elektron ê 1 ríven energiyadagi 2 vinikaê parchalari, ale tse yogo vaga.

Agar siz tizimni teng ravishda buzsangiz, u holda ionlarning konsentratsiyasi bunday formula bilan aniqlanadi

Texnika allaqachon ideal ionizatsiya uchun yozilgan, biz ideallik bo'lmagan taqdirda nima o'zgarishini qiziqtiramiz.

Demak, atomga kelsak, ideallik 0 ga teng emas, ion va elektron uchun badbo'y hid teng, boshqa o'zgarishlar kerak emas, garchi Saxa tajovuzkor darajaga o'xshaydi.

Ikki harorat plazmasining aybini yuving

Plazmaning o'rtacha issiqlik energiyasi atomlar va ionlarga nisbatan elektronlar uchun farq qilishi mumkin. Va elektronlar uchun harorat 10 000 K ga etadi, agar atomlar va ionlar uchun bu 300 K dan yuqori bo'lsa.

Keling, elektronlarning termal emissiyasini chaqiradigan doimiy elektr maydonida elektronning oddiy tushishini ko'rib chiqaylik, xuddi shu tezlikni hujumkor daraja deb atash mumkin.

Vazifaga o'xshash ko'rinadi, elektron atomlarga tushadi, keyin kuchlanishni aytish mumkin

O'tkazish jarayonida plazmaning kinetik nazariyasi

Ushbu nazariya muammoni muvaffaqiyatli bo'lmagan vositaning ongida to'g'ri hal qilish uchun turtki bo'lgan, bu nazariyada esa mumkin bo'lgan o'tish mumkin.

Bu nazariyaning asosi soat qo'shiq on qo'shiq obyasy z deakoy swidkystyu yilda rozpodyl qismlari tayinlangan funktsiyasi da qo'ydi. (Ushbu funktsiya TTSSda ko'rib chiqildi, shuning uchun qavatda takrorlash + shifrlangan shaklda berilgan harflar bo'ladi, men ularni taniy olmayman).

Keyinchalik siz kosmosda qulab tushayotganga o'xshash 2 zarrachaning o'zaro ta'sirini ko'rasiz. Bu vazifa oddiylikka aylantirilib, massaning bir qismini yaxshi shvedlik bilan ko'rish mumkin, bu o'zaro modallikda dayak maydonida yiqilib, g'imirlamaydi. Ushbu vazifaning meta - bu o'zingizning asosiy harakatingizdan biroz chiqishdir. Zarrachalarning o'zaro ta'sir markazigacha bo'lgan masofani topish maqsad parametr deb ataladi.

Keling, termodinamik muvozanatdagi funktsiyani va hokazolarni ko'rib chiqaylik.

Va Maksvellning bo'linmasining funktsiyasi chegaralangan

Muammo shundaki, bunday funktsiyada issiqlik o'tkazuvchanligi va yopishqoqligini aniqlash mumkin emas.

Keling, to'g'ridan-to'g'ri plazmaga boraylik. Aylanayotgan jarayon statsionar bo'lsin va kuch F=qE, atomlar va ioslar Maksvellning pastki asosi bo'lib ko'rinadi.

Buyurtmani bekor qilganda, scho, sho bizga kichik jinsiy olatni tushirishga imkon berishi aniq edi. Funksiyaga shunday daraja berilsin

ko'rib chiqildi

Odnoklassniki-da saqlang Saqlash