Si lëvizin fotonet. Bremsstrahlung dhe rrezatimi karakteristik me rreze X

Fotoni është një grimcë pa masë dhe mund të ekzistojë vetëm në vakum. Gjithashtu ai nuk ka vetitë elektrike, pra ngarkesa e tij e barabartë me zero. Në varësi të kontekstit të shqyrtimit, ekzistojnë interpretime të ndryshme të përshkrimit të një fotoni. Klasike (elektrodinamika) e paraqet atë si valë elektromagnetike me polarizim rrethor. Fotoni gjithashtu shfaq vetitë e një grimce. Ky koncept i dyfishtë i tij quhet dualitet valë-grimcë. Në anën tjetër, elektrodinamika kuantike përshkruan grimcën e fotonit si një bozon matës që lejon formimin ndërveprimi elektromagnetik.

Ndër të gjitha grimcat në Univers, fotoni ka numrin maksimal. Spin (momenti i brendshëm mekanik) i fotonit e barabartë me një. Gjithashtu, një foton mund të jetë vetëm në dy gjendje kuantike, njëra prej të cilave ka një projeksion rrotullimi në një drejtim të caktuar të barabartë me -1, dhe tjetri i barabartë me +1. E dhënë veti kuantike fotoni pasqyrohet në paraqitjen e tij klasike si transversalitet valë elektromagnetike. Masa e mbetur e një fotoni është zero, që nënkupton shpejtësinë e përhapjes së tij, e barabartë me shpejtësinë Sveta.

Një grimcë fotoni nuk ka veti elektrike (ngarkesë) dhe është mjaft e qëndrueshme, domethënë fotoni nuk është në gjendje të kalbet spontanisht në vakum. Kjo grimcë emetohet në shumë proceset fizike, për shembull, kur lëvizni ngarkesë elektrike me nxitim, si dhe kërcime energjetike të bërthamës së një atomi ose të vetë atomit nga një gjendje në tjetrën. Gjithashtu, një foton mund të absorbohet gjatë proceseve të kundërta.

Dualiteti valë-grimcë i fotonit

Dualiteti valë-grimcë i natyrshëm në foton manifestohet në shumë eksperimentet fizike. Grimcat fotonike marrin pjesë në proceset valore të tilla si difraksioni dhe interferenca, kur madhësia e pengesave (të çara, diafragma) është e krahasueshme me madhësinë e vetë grimcës. Kjo është veçanërisht e dukshme në eksperimentet me difraksionin e fotoneve të vetme nga një çarje e vetme. Gjithashtu, natyra pika dhe korpuskulariteti i fotonit manifestohet në proceset e përthithjes dhe emetimit nga objektet, dimensionet e të cilave janë shumë më të vogla se gjatësia e valës së fotonit. Por nga ana tjetër, përfaqësimi i një fotoni si grimcë nuk është gjithashtu i plotë, sepse ai përgënjeshtrohet nga eksperimentet e korrelacionit bazuar në gjendjet e ngatërruara. grimcat elementare. Prandaj, është e zakonshme të konsiderohet një grimcë fotoni, duke përfshirë edhe si valë.

Video mbi temën

Burimet:

• Fotoni 1099: gjithçka rreth makinës

Kryesor kuantike numri- kjo është një e tërë numri, i cili është një përkufizim i gjendjes së një elektroni në nivelin e energjisë. Niveli i energjisë është një grup gjendjet stacionare elektron në një atom me vlera të ngjashme të energjisë. Kryesor kuantike numri përcakton distancën e një elektroni nga bërthama dhe karakterizon energjinë e elektroneve që zënë këtë nivel.

Tërësia e numrave që karakterizojnë gjendjen quhen numra kuantikë. Funksioni valor i një elektroni në një atom, gjendja e tij unike përcaktohet nga katër numra kuantikë - kryesor, magnetik, orbital dhe splin - momenti i lëvizjes së elementit, i shprehur në vlera sasiore. Kryesor kuantike numri ka n .Nëse kuanti kryesor numri rritet, atëherë orbita dhe energjia e elektronit rriten në përputhje me rrethanat. Si më pak vlerë n, ato më shumë vlerë ndërveprimin e energjisë elektron Nëse energjia totale e elektroneve është minimale, atëherë gjendja e atomit quhet e pangacmuar ose e tokës. Gjendja e atomit me vlerë të lartë energjia quhet e ngacmuar. Në nivelin më të lartë numri elektronet mund të përcaktohen me formulën N = 2n2 Kur një elektron kalon nga një nivel energjie në tjetrin, kuanti kryesor numri.NE teoria kuantike pohimi se energjia e një elektroni është e kuantizuar, domethënë, ajo mund të marrë vetëm vlera diskrete, specifike. Për të njohur gjendjen e një elektroni në një atom, është e nevojshme të merret parasysh energjia e elektronit, forma e elektronit dhe parametra të tjerë. Nga zona numrat natyrorë, ku n mund të jetë e barabartë me 1 dhe 2 dhe 3 e kështu me radhë, kuanti kryesor numri mund të marrë çdo vlerë. Në teorinë kuantike nivelet e energjisë shënohet me shkronja, vlera n - me numra. Numri i periudhës ku ndodhet elementi, e barabartë me numrin nivelet e energjisë në një atom në gjendjen e tij bazë. Të gjitha nivelet e energjisë përbëhen nga nënnivele. Nënniveli përbëhet nga orbitalet atomike, të cilat përcaktohen dhe karakterizohen nga kuanti kryesor numri m n, orbitale numri m l dhe kuantike numri m ml. Numri i nënniveleve të çdo niveli nuk e kalon n. Ekuacioni i valës së Schrödinger-it është më i përshtatshmi strukturë elektronike atom.

Fizika kuantike u bë një shtysë e madhe për zhvillimin e shkencës në shekullin e 20-të. Një përpjekje për të përshkruar bashkëveprimin e grimcave më të vogla në një mënyrë krejtësisht të ndryshme, duke përdorur mekanikën kuantike, kur disa probleme të mekanikës klasike tashmë dukeshin të pazgjidhshme. revolucion i vërtetë.

Arsyet e shfaqjes së fizikës kuantike

Fizika – përshkruan ligjet me të cilat funksionon bota. Njutonian, ose klasikja, u ngrit në Mesjetë, dhe ambientet e tij mund të shiheshin në antikitet. Ai shpjegon në mënyrë të përsosur gjithçka që ndodh në një shkallë të perceptuar nga njerëzit pa instrumente matës shtesë. Por njerëzit u përballën me shumë kontradikta kur filluan të studiojnë mikro- dhe makrobotën, për të eksploruar se si grimca të vogla, nga të cilat përbëhet materia dhe galaktikat gjigante që rrethojnë e dashur për njeriun Rruga e Qumështit. Doli se fizika klasike nuk është e përshtatshme për gjithçka. Kështu u shfaq fizika kuantike - shkenca e sistemeve të fushës mekanike kuantike dhe kuantike. Teknikat për studimin e fizikës kuantike janë mekanika kuantike dhe teoria kuantike e fushës. Ato përdoren gjithashtu në fusha të tjera të lidhura me fizikën.

Parimet themelore të fizikës kuantike, në krahasim me klasiken

Për ata që sapo po njihen me fizika kuantike, dispozitat e tij shpesh duken të palogjikshme apo edhe absurde. Sidoqoftë, duke u thelluar në to, është shumë më e lehtë të gjurmosh logjikën. Mënyra më e lehtë për të mësuar parimet bazë të fizikës kuantike është ta krahasoni atë me fizikën klasike.

Nëse në klasiken besohet se natyra është e pandryshueshme, pavarësisht se si e përshkruajnë shkencëtarët, atëherë në fizika kuantike rezultati i vëzhgimeve do të varet shumë nga metoda e matjes që përdoret.

Sipas ligjeve të mekanikës së Njutonit, të cilat janë baza e fizikës klasike, një grimcë (ose pika materiale) në çdo moment të kohës ka një pozicion dhe shpejtësi të caktuar. NË mekanika kuantike kjo është e gabuar. Ai bazohet në parimin e mbivendosjes së distancave. Kjo është, nëse grimca kuantike mund të jetë në një gjendje dhe në një gjendje tjetër, që do të thotë se mund të jetë edhe në një gjendje të tretë - shuma e dy të mëparshmeve (kjo quhet kombinim linear). Prandaj, është e pamundur të përcaktohet saktësisht se ku do të jetë grimca në një moment të caktuar kohor. Mund të llogarisni vetëm probabilitetin që ajo të jetë diku.

Nëse në fizikës klasike ju mund të ndërtoni një trajektore lëvizjeje trup fizik, atëherë në kuantike ka vetëm një shpërndarje probabiliteti që do të ndryshojë me kalimin e kohës. Për më tepër, maksimumi i shpërndarjes gjendet gjithmonë aty ku përcaktohet nga mekanika klasike! Kjo është shumë e rëndësishme, pasi lejon, së pari, të gjurmojë lidhjen midis klasikes dhe mekanika kuantike, dhe së dyti, tregon se ato nuk kundërshtojnë njëra-tjetrën. Mund të themi se fizika klasike është një rast i veçantë i fizikës kuantike.

Probabiliteti në fizikën klasike shfaqet kur studiuesi nuk njeh disa veti të një objekti. Në fizikën kuantike, probabiliteti është themelor dhe është gjithmonë i pranishëm, pavarësisht nga shkalla e injorancës.

NË mekanika klasikeÇdo vlerë e energjisë dhe shpejtësisë për një grimcë lejohet, por në një grimcë kuantike lejohen vetëm vlera të caktuara, të "kuantizuara". Ata quhen eigenvlerat, secila prej të cilave korrespondon vlera neto. Një kuant është një "pjesë" e një sasie që nuk mund të ndahet në përbërës.

Një nga parimet themelore të fizikës kuantike është Parimi i Pasigurisë së Heisenberg. Çështja këtu është se nuk ka asnjë mënyrë për të përcaktuar njëkohësisht shpejtësinë dhe pozicionin e një grimce. Ju mund të matni vetëm një gjë. Për më tepër, sa më mirë pajisja të matë shpejtësinë e një grimce, aq më pak do të dihet për pozicionin e saj dhe anasjelltas.

Fakti është se për të matur një grimcë, ju duhet ta "shikoni" atë, domethënë të dërgoni një grimcë drite - një foton - në drejtimin e saj. Ky foton, për të cilin studiuesi di gjithçka, do të përplaset me grimcën që matet dhe do të ndryshojë vetitë e saj. Kjo është afërsisht e njëjtë me matjen e shpejtësisë së një makine në lëvizje duke dërguar një makinë tjetër me një shpejtësi të njohur drejt saj dhe më pas, duke përdorur shpejtësinë dhe trajektoren e ndryshuar të makinës së dytë, duke ekzaminuar të parën. Fizika kuantike studion objekte aq të vogla sa që edhe fotonet - grimcat e dritës - ndryshojnë vetitë e tyre.

Fotoni është një grimcë elementare, një kuant i rrezatimit elektromagnetik (d.m.th., në mënyrë diskrete), ku është konstanta e Plankut. vrulli Nëse i atribuojmë fotonit praninë e të ashtuquajturit. "Masa relativiste" e bazuar në marrëdhënien, ajo do të jetë Nuk ka masë pushimi për fotonin për efektin e fotos:

hν = A jashtë + E k

Ku A jashtë- të ashtuquajturat funksioni i punës (energjia minimale e nevojshme për të hequr një elektron nga një substancë), E kështë energjia kinetike e elektronit të emetuar (në varësi të shpejtësisë, mund të llogaritet ose jo energjia kinetike e një grimce relativiste), ν është frekuenca e fotonit rënës me energji hν, h- Konstantja e Plankut.

Fotoefekti i jashtëm (emetimi i fotoelektronit) është emetimi i elektroneve nga një substancë nën ndikimin e rrezatimit elektromagnetik. 1) Shpejtësia maksimale fillestare e fotoelektroneve nuk varet nga intensiteti i dritës rënëse, por përcaktohet vetëm nga frekuenca e saj. 2) Ekziston një frekuencë minimale në të cilën është i mundur efekti fotoelektrik (kufi i kuq) 3) Rryma e ngopjes varet nga intensiteti i rënies së dritës në mostër 4) Efekti fotoelektrik është një fenomen pa inerci. Për të ndaluar fotorrymën, duhet të aplikohet një tension negativ (tensioni i fikjes) në anodë. Efekti i brendshëm fotoelektrik është një ndryshim në përçueshmërinë elektronike të një substance nën ndikimin e dritës. Fotopërçueshmëria është karakteristikë e gjysmëpërçuesve. Përçueshmëria elektrike e gjysmëpërçuesve është e kufizuar nga mungesa e bartësve të ngarkesës. Kur një foton absorbohet, një elektron lëviz nga brezi i valencës në brezin e përcjelljes. Si rezultat, formohet një palë bartës të ngarkesës: një elektron në brezin e përcjelljes dhe një vrimë në brezin e valencës. Të dy transportuesit e ngarkesës, kur voltazhi aplikohet në gjysmëpërçues, krijojnë një rrymë elektrike.

Kur fotopërçueshmëria ngacmohet në një gjysmëpërçues të brendshëm, energjia e fotonit duhet të tejkalojë hendekun e brezit. Në një gjysmëpërçues të dopuar, thithja e një fotoni mund të shoqërohet me një kalim nga një nivel i vendosur në hendekun e brezit, i cili lejon rritjen e gjatësisë së valës së dritës që shkakton fotopërçueshmëri. Kjo rrethanë është e rëndësishme për zbulimin e rrezatimit infra të kuqe. Kusht për fotopërçueshmëri të lartë është edhe koeficienti i lartë i absorbimit të dritës, i cili realizohet në gjysmëpërçuesit me hendek të drejtpërdrejtë.

16. Presion i lehtë.

Presion i lehtëështë presioni i prodhuar nga valët e dritës elektromagnetike që bien në sipërfaqen e një trupi. Teoria kuantike e dritës shpjegon presionin e dritës si rezultat i fotoneve që transferojnë momentin e tyre tek atomet ose molekulat e materies. Le të bien N fotone në sipërfaqen e një trupi absolutisht të zi me sipërfaqe S pingul me të çdo sekondë: . Çdo foton ka momentum. Impulsi total i marrë nga sipërfaqja e trupit është i barabartë. Presioni i lehtë: .- koeficienti i reflektimit, - dendësia e energjisë së rrezatimit vëllimor. Teoria klasike

17. Bremsstrahlung dhe rrezatimi karakteristik me rreze X.

Rrezet X janë valë elektromagnetike, energjia e fotoneve të të cilave shtrihet në shkallën e valëve elektromagnetike midis rrezatimit ultravjollcë dhe rrezatimit gama, që korrespondon me gjatësi vale nga 10 -2 në 10 3 Å (nga 10 -12 në 10 -7 m). . Ilustrim skematik tub me rreze x. X - rrezet X, K - katodë, A - anodë (nganjëherë quhet antikatodë), C - lavaman i nxehtësisë, U h- Tensioni i filamentit të katodës, U a- Tensioni i përshpejtimit, W në - hyrja e ftohjes së ujit, W jashtë - priza e ftohjes së ujit. Kur energjia e elektroneve që bombardojnë anodën bëhet e mjaftueshme për të shkëputur elektronet nga shtresat e brendshme të atomit, linja të mprehta shfaqen në sfondin e bremsstrahlung. karakteristike rrezatimi. Frekuencat e këtyre linjave varen nga natyra e substancës së anodës, për këtë arsye quhen karakteristike.

Bremsstrahlung është rrezatim elektromagnetik i emetuar nga një grimcë e ngarkuar kur ajo shpërndahet (frenohet) në një fushë elektrike. dp/dλ hv nuk mund të jetë më e madhe se energjia eU. nga ligji i ruajtjes së energjisë Burimi më i zakonshëm i rrezatimit me rreze X është një tub me rreze X, në të cilin elektronet e përshpejtuara fuqishëm nga një fushë elektrike bombardojnë anodën (një objektiv metalik i bërë nga metale të rënda, si W ose Pt) , duke përjetuar një ngadalësim të mprehtë në të. Në këtë rast, gjenerohen rreze X, të cilat janë valë elektromagnetike me një gjatësi vale afërsisht 10–12–10–8 m. Natyra e valës Rrezatimi me rreze X vërtetohet nga eksperimentet mbi difraksionin e tij, të diskutuar në § 182.

Një studim i përbërjes spektrale të rrezatimit me rreze X tregon se spektri i tij ka strukturë komplekse(Fig. 306) dhe varet si nga energjia e elektroneve ashtu edhe nga materiali i anodës. Spektri është një mbivendosje e një spektri të vazhdueshëm, i kufizuar në anën e gjatësive të valëve të shkurtra nga një kufi i caktuar  min, i quajtur kufiri i spektrit të vazhdueshëm, dhe spektri i linjës- një koleksion linjash individuale që shfaqen në sfondin e një spektri të vazhdueshëm.

Hulumtimet kanë treguar se natyra e spektrit të vazhdueshëm është plotësisht e pavarur nga materiali i anodës, por përcaktohet vetëm nga energjia e elektroneve që bombardojnë anodën. Një studim i hollësishëm i vetive të këtij rrezatimi tregoi se ai emetohet nga elektronet që bombardojnë anodin si rezultat i ngadalësimit të tyre gjatë ndërveprimit me atomet e synuar. Prandaj, spektri i vazhdueshëm i rrezeve X quhet spektri bremsstrahlung. Ky përfundim është në përputhje me teorinë klasike të rrezatimit, pasi kur ngarkesat lëvizëse ngadalësohen, në të vërtetë duhet të lindë rrezatimi me një spektër të vazhdueshëm.

Teoria klasike, megjithatë, nuk nënkupton ekzistencën e një kufiri me gjatësi vale të shkurtër të spektrit të vazhdueshëm. Nga eksperimentet rezulton se sa më e madhe të jetë energjia kinetike e elektroneve që shkaktojnë bremsstrahlung me rreze X, aq më pak  min. Kjo rrethanë, si dhe prania e vetë kufirit, shpjegohet nga teoria kuantike. Natyrisht, energjia kufizuese e një kuantike korrespondon me rastin e frenimit në të cilin e gjithë energjia kinetike e elektronit shndërrohet në energji kuantike, d.m.th.

Ku U- diferenca potenciale për shkak të së cilës energjia i jepet një elektroni E max,  max - frekuenca që korrespondon me kufirin e spektrit të vazhdueshëm. Prandaj gjatësia e valës së prerjes

NË interpretimi modern Hipoteza kuantike thotë se energjia E dridhjet e një atomi ose molekule mund të jenë të barabarta me hν, 2 hν, 3 hν, etj., por nuk ka lëkundje me energji në intervalin midis dy numrave të plotë të njëpasnjëshëm që janë shumëfish të . Kjo do të thotë se energjia nuk është e vazhdueshme, siç besohej me shekuj, por të kuantizuara , d.m.th. ekziston vetëm në pjesë diskrete të përcaktuara rreptësisht. Pjesa më e vogël quhet kuantike të energjisë . Hipoteza kuantike mund të formulohet gjithashtu si një pohim që në nivelin atomiko-molekular, dridhjet nuk ndodhin me asnjë amplitudë. Vlerat e vlefshme amplituda janë të lidhura me frekuencën e vibrimit ν .

Në vitin 1905, Ajnshtajni parashtroi një ide të guximshme që përgjithësoi hipotezën kuantike dhe e bëri atë bazë teori e re drita (teoria kuantike e efektit fotoelektrik). Sipas teorisë së Ajnshtajnit , dritë me frekuencëν jo vetëm emetuar, siç supozoi Planck, por gjithashtu përhapet dhe përthithet nga substanca në pjesë të veçanta (kuante), energjia e të cilit. Kështu, përhapja e dritës nuk duhet të konsiderohet si e vazhdueshme procesi i valës, por si një rrymë kuante drite diskrete të lokalizuara në hapësirë, që lëvizin me shpejtësinë e përhapjes së dritës në vakum ( Me). Kuantike rrezatimi elektromagnetik mori emrin foton .

Siç kemi thënë tashmë, emetimi i elektroneve nga sipërfaqja e një metali nën ndikimin e rrezatimit që bie mbi të korrespondon me idenë e dritës si një valë elektromagnetike, sepse fusha elektrike e valës elektromagnetike vepron mbi elektronet në metal dhe rrëzon disa prej tyre. Por Ajnshtajni tërhoqi vëmendjen për faktin se detajet e efektit fotoelektrik të parashikuar nga teoria e valës dhe teoria e fotonit (korpuskulare kuantike) e dritës ndryshojnë ndjeshëm.

Pra, ne mund të masim energjinë e elektronit të emetuar në bazë të valës dhe teoria e fotonit. Për t'iu përgjigjur pyetjes se cila teori është e preferueshme, le të shqyrtojmë disa detaje të efektit fotoelektrik.

Le të fillojmë me teoria e valës, dhe supozoni se pllaka është e ndriçuar dritë monokromatike . valë e lehtë karakterizohet nga parametrat: intensiteti dhe shpeshtësia(ose gjatësi vale). Teoria e valëve parashikon që kur këto karakteristika ndryshojnë, ndodhin fenomenet e mëposhtme:

· me rritjen e intensitetit të dritës duhet të rritet numri i elektroneve të nxjerra dhe energjia maksimale e tyre, sepse intensiteti më i lartë i dritës do të thotë amplitudë më e madhe fushë elektrike, dhe një fushë elektrike më e fortë nxjerr elektrone me energji më të lartë;

elektronet e rrëzuara; energjia kinetike varet vetëm nga intensiteti i dritës rënëse.

Teoria e fotonit (korpuskulare) parashikon diçka krejtësisht të ndryshme. Para së gjithash, vërejmë se në një rreze monokromatike të gjithë fotonet kanë të njëjtën energji (e barabartë me hν). Rritja e intensitetit të një rreze drite nënkupton një rritje të numrit të fotoneve në rreze, por nuk ndikon në energjinë e tyre nëse frekuenca mbetet e pandryshuar. Sipas teorisë së Ajnshtajnit, një elektron rrëzohet nga sipërfaqja e një metali kur një foton i vetëm përplaset me të. Në këtë rast, e gjithë energjia e fotonit transferohet në elektron dhe fotoni pushon së ekzistuari. Sepse elektronet mbahen në metal nga forcat tërheqëse; A(i cili quhet funksioni i punës dhe, për shumicën e metaleve, është në rendin e disa elektron volt). Nëse frekuenca ν e dritës rënëse është e vogël, atëherë energjia dhe energjia e fotonit nuk janë të mjaftueshme për të rrëzuar një elektron nga sipërfaqja e metalit. Nëse , atëherë elektronet fluturojnë nga sipërfaqja e metalit, dhe energji në një proces të tillë ruhet, d.m.th. energjia e fotonit ( hν) është e barabartë energjia kinetike elektroni i emetuar plus puna e nxjerrjes së elektronit nga metali:

Quhet ekuacioni (2.3.1). Ekuacioni i Ajnshtajnit për efektin e jashtëm fotoelektrik.

Bazuar në këto konsiderata, teoria fotonike (korpuskulare) e dritës parashikon sa vijon.

1. Një rritje në intensitetin e dritës nënkupton një rritje të numrit të fotoneve të rënë, të cilët nxjerrin më shumë elektrone nga sipërfaqja e metalit. Por meqenëse energjia e fotonit është e njëjtë, energjia kinetike maksimale e elektronit nuk do të ndryshojë ( konfirmuar I ligji i efektit fotoelektrik).

2. Ndërsa frekuenca e dritës rënëse rritet, energjia kinetike maksimale e elektroneve rritet në mënyrë lineare në përputhje me formulën e Ajnshtajnit (2.3.1). ( Konfirmimi II ligji i efektit fotoelektrik). Grafiku i kësaj varësie është paraqitur në Fig. 2.3.

,

Oriz. 2.3

3. Nëse frekuenca ν është më e vogël se frekuenca kritike, atëherë elektronet nuk dalin nga sipërfaqja (III ligji).

Pra, shohim se parashikimet e teorisë korpuskulare (fotonike) janë shumë të ndryshme nga parashikimet e teorisë së valës, por përkojnë shumë mirë me tre eksperimentet. ligjet e vendosura efekt fotoelektrik

Ekuacioni i Ajnshtajnit u konfirmua nga eksperimentet e Millikan të kryera në 1913-1914. Dallimi kryesor nga eksperimenti i Stoletov është se sipërfaqja metalike u pastrua në një vakum. U studiua varësia e energjisë maksimale kinetike nga frekuenca dhe u përcaktua konstanta e Planck-ut h.

Në vitin 1926 fizikantë rusë P.I. Lukirsky dhe S.S. Prilezhaev përdori metodën e një kondensatori sferik vakum për të studiuar efektin fotoelektrik. Anoda ishte muret e veshura me argjend të një cilindri qelqi sferik, dhe katoda ishte një top ( R≈ 1,5 cm) nga metali në studim, i vendosur në qendër të sferës. Kjo formë e elektrodave bëri të mundur rritjen e pjerrësisë së karakteristikës së tensionit aktual dhe në këtë mënyrë përcaktimin më të saktë të tensionit të vonesës (dhe, rrjedhimisht, h). Vlera e konstantës së Plankut h, e marrë nga këto eksperimente, është në përputhje me vlerat e gjetura nga metoda të tjera (nga rrezatimi i trupit të zi dhe nga skaji me gjatësi vale të shkurtër të spektrit të vazhdueshëm të rrezeve X). E gjithë kjo është dëshmi e korrektësisë së ekuacionit të Ajnshtajnit, dhe në të njëjtën kohë teoria e tij kuantike e efektit fotoelektrik.

Për shpjegim rrezatimi termik Planck propozoi që drita emetohet nga kuantet. Ajnshtajni, kur shpjegoi efektin fotoelektrik, sugjeroi që drita absorbohet nga kuantet. Ajnshtajni gjithashtu sugjeroi që drita përhapet me kuante, d.m.th. në porcione. Kuanti i energjisë së dritës quhet foton . Ato. sërish erdhëm te koncepti i korpuskulës (grimcës).

Konfirmimi më i drejtpërdrejtë i hipotezës së Ajnshtajnit u dha nga eksperimenti i Bothe, i cili përdori metodën e rastësisë (Fig. 2.4).

Oriz. 2.4

Fletë metalike e hollë F të vendosura midis dy sporteleve të shkarkimit të gazit SCH. Fjolla u ndriçua nga një rreze e dobët rrezet x, nën ndikimin e së cilës ajo vetë u bë burim i rrezeve X (ky fenomen quhet fluoreshencë me rreze X). Për shkak të intensitetit të ulët të rrezes parësore, numri i kuanteve të emetuara nga petë ishte i vogël. Kur kuantet goditën banakun, mekanizmi u ndez dhe u bë një shenjë në shiritin e letrës në lëvizje. Nëse energjia e emetuar do të shpërndahej në mënyrë uniforme në të gjitha drejtimet, siç vijon nga paraqitjet e valëve, të dy sportelet duhej të punonin njëkohësisht dhe shenjat në shirit do të ishin përballë njëra-tjetrës. Në realitet, kishte një rregullim krejtësisht të rastësishëm të notave. Kjo mund të shpjegohet vetëm me faktin se në aktet individuale të emetimit shfaqen grimca drite që fluturojnë në një drejtim ose në një tjetër. Kështu u vërtetua eksperimentalisht ekzistenca e grimcave të veçanta të dritës - fotoneve.

Një foton ka energji . Për dritë e dukshme gjatësia e valës λ = 0,5 µm dhe energjia E= 2,2 eV, për rrezet X λ = µm dhe E= 0,5 eV.

Fotoni ka masë inerciale , e cila mund të gjendet nga relacioni:

Fotoni udhëton me shpejtësinë e dritës c= 3·10 8 m/s. Le ta zëvendësojmë këtë vlerë shpejtësie në shprehjen për masën relativiste:

.

Një foton është një grimcë që nuk ka masë pushimi. Mund të ekzistojë vetëm duke lëvizur me shpejtësinë e dritës c .

Le të gjejmë lidhjen midis energjisë dhe momentit të fotonit.

Ne e dimë shprehjen relativiste për momentin:

Dhe për energjinë:

Efekti fotoelektrik është emetimi i elektroneve nga sipërfaqja e një metali nën ndikimin e dritës.

NË
1888 G. Hertz zbuloi se kur elektrodat nën tension të lartë rrezatohen me rreze ultravjollcë, ndodh një shkarkim në një distancë më të madhe midis elektrodave sesa pa rrezatim.

Efekti fotoelektrik mund të vërehet në rastet e mëposhtme:

1. Një pllakë zinku e lidhur me një elektroskop ngarkohet negativisht dhe rrezatohet me dritë ultravjollcë. Ajo shkarkohet shpejt. Nëse e ngarkoni pozitivisht, ngarkesa e pllakës nuk do të ndryshojë.

2
. Rrezet ultraviolet që kalojnë përmes elektrodës së rrjetit pozitiv godasin pllakën e zinkut të ngarkuar negativisht dhe nxjerrin elektronet prej saj, të cilat nxitojnë drejt rrjetit, duke krijuar një fotorrymë të regjistruar nga një galvanometër i ndjeshëm.

Ligjet e efektit fotoelektrik

Ligjet sasiore të efektit fotoelektrik (1888-1889) u krijuan nga A. G. Stoletov. Ai përdori një tullumbace qelqi vakum me dy elektroda.

P
ligji i parë

Duke hetuar varësinë e rrymës në cilindër nga tensioni midis elektrodave në një fluks konstant të dritës ndaj njërës prej tyre, ai vendosi ligji i parë i efektit fotoelektrik.

Fotorryma e ngopjes është proporcionale me fluksin ndriçuesnëduke rënë mbi metal: I=ν∙ Φ, ku ν – koeficienti i proporcionalitetit, i quajtur fotosensitiviteti i substancës.

Prandaj, numri i elektroneve të rrëzuara nga një substancë në 1 s është proporcional me intensitetin e goditjes së dritës në këtë substancë.

Ligji i dytë

Duke ndryshuar kushtet e ndriçimit në të njëjtin instalim, A.G. Stoletov zbuloi ligjin e dytë të efektit fotoelektrik: energjia kinetike e fotoelektroneve nuk varet nga intensiteti i dritës së rënë, por varet nga frekuenca e saj.

E
Nëse lidhni polin pozitiv të baterisë me elektrodën e ndriçuar, atëherë në një tension të caktuar rryma foto do të ndalet. Ky fenomen nuk varet nga madhësia e fluksit të dritës.

Përdorimi i ligjit të ruajtjes së energjisë
, Ku e– tarifë; m – masa elektronike; v– shpejtësia e elektroneve; U h – tensioni bllokues, vërtetohet se nëse rritet frekuenca e rrezeve me të cilat rrezatohet elektroda, atëherë U z2 > U z1, pra E k2 > E k1. Prandaj, ν 2 > ν 1 .

T
në këtë mënyrë energjia kinetike e fotoelektroneve rritet në mënyrë lineare me frekuencën e dritës.

Ligji i tretë

Duke zëvendësuar materialin fotokatodë në pajisje, Stoletov vendosi ligjin e tretë të efektit fotoelektrik: për secilën substancë ekziston një kufi i kuq i efektit fotoelektrik, d.m.th. ka një frekuencë më të ulët ν min , në të cilën efekti fotoelektrik është ende i mundur. Në ν <ν min në çdo intensitet të valës së dritës që bie në fotokatodë efekti fotoelektrik nuk do të ndodhë.

Ligji i katërt

Efekti fotoelektrik është pothuajse pa inerci ( t = 10 −9 s).

Teoria e efektit fotoelektrik

A. Einstein, duke zhvilluar idenë e M Planck (1905), tregoi se ligjet e efektit fotoelektrik mund të shpjegohen duke përdorur teorinë kuantike.

Fenomeni i efektit fotoelektrik është vërtetuar eksperimentalisht: drita ka një strukturë të ndërprerë.

Pjesa e emetuar E=hν ruan individualitetin e tij dhe përthithet nga substanca vetëm tërësisht.

Bazuar në ligjin e ruajtjes së energjisë
.

Sepse
,
,
,
.

Fotoni dhe vetitë e tij

Fotoni është një grimcë materiale, elektrikisht neutrale.

Energjia e fotonitE=hν ose E=ħω , sepse
, ω = 2 πν . Nëse h= 6,63∙10 −34 J∙s, atëherë ħ ≈ 1,55∙10 −34 J∙s.

Sipas teorisë së relativitetit E=mc 2 =hν, nga këtu
, Ku m– Masa e fotonit ekuivalente me energjinë.

Pulsi
, sepse c=νλ . Pulsi i fotonit drejtohet përgjatë rrezes së dritës.

Prania e një impulsi konfirmohet eksperimentalisht: ekzistenca e presionit të lehtë.

Karakteristikat themelore të fotonit

1. Është një grimcë e një fushe elektromagnetike.

2. Lëviz me shpejtësinë e dritës.

3. Ekziston vetëm në lëvizje.

4. Është e pamundur të ndalosh një foton: ai ose lëviz me të v=Me, ose nuk ekziston; prandaj, masa e mbetur e fotonit është zero.

Efekti Compton (1923)

A .Compton konfirmoi teorinë kuantike të dritës. Ndërveprimi midis një fotoni dhe një elektroni të lidhur në një atom:

1. Nga pikëpamja e teorisë së valëve, valët e dritës duhet të shpërndahen nga grimca të vogla:

ν raca = ν Fatkeqësisht, kjo nuk konfirmohet nga përvoja.

2. Efekti fotoelektrik është thithja e plotë e një fotoni.

3
. Kur studioi ligjet e shpërndarjes së rrezeve X, A. Compton zbuloi se kur rrezet X kalojnë nëpër materie, gjatësia e valës rritet ( λ ) rrezatimi i shpërndarë në krahasim me gjatësinë e valës ( λ ) rrezatimi i rënë. Sa më shumë φ , aq më e madhe është humbja e energjisë dhe për rrjedhojë edhe rënia e frekuencës ν (rritje λ ). Nëse supozojmë se një rreze rrezesh X përbëhet nga fotone që fluturojnë me shpejtësinë e dritës, atëherë rezultatet e eksperimenteve të A. Compton mund të shpjegohen: frekuenca e fotonit ν ka energji E = hν , masë
dhe impuls
.

Ligjet e ruajtjes së energjisë dhe momentit për sistemin foton-elektron: hν +m 0 c 2 = hν" +mc 2 ,
, Ku m 0 c 2 – energjia e një elektroni të palëvizshëm; hν – energjia e fotonit para përplasjes; hν" – energjia e fotonit pas përplasjes me një foton;
Dhe
– impulset e fotonit para dhe pas përplasjes; mv– impulset e një elektroni pas një përplasjeje me një foton.

Zgjidhja e ekuacioneve për energjinë dhe momentin jep një formulë për ndryshimin në gjatësinë e valës kur një foton shpërndahet nga elektronet:
, Ku – Gjatësia valore Compton.

V.V.Manturov

RRETH MADHËSISË SË FOTONËVE

Tregohet se është e arsyeshme të flitet për madhësinë e një fotoni vetëm kur fotoni përfaqësohet si një toroidal (donut). Nuk u diskutua se si të përcaktohet madhësia e një donut. Doli, megjithatë (e papritur për autorin nga shtatori-tetor 2012) se fotonet që lindin nga zbritja e valëve de Broglie, për shembull, nga një elektron i lirë - prindi dhe bartësi i tyre, janë dy deri në tre renditje të madhësisë më të larta në energji intensitet se ato fotone që janë theksuar në spektra si rezultat i emetimit të elektroneve nga një atom i ngacmuar (në veçanti) hidrogjeni. A duket sikur ishte menduar të ishte?

Përgjigja e pyetjes, cila është madhësia e një fotoni, është e thjeshtë dhe jo shumë e thjeshtë. Le të fillojmë me faktin se për valët e radiofrekuencave, të flasim për madhësinë e një fotoni është e pakuptimtë.

Së pari, një foton si një valë e natyrës elektromagnetike dhe një valë radio e së njëjtës natyrë ndryshojnë nga njëri-tjetri jo vetëm në gjatësi dhe, në përputhje me rrethanat, frekuencat dhe energjitë që ata marrin, por edhe në strukturën e përcaktuar nga mekanizmi fizik i shfaqjes së tyre. .

Në fakt, rrezatimi i valëve të radios ndodh kur rryma shkarkohet midis dy elektrodave të një hendeku të shkëndijës (rrufeja lineare klasifikohet si pa elektrodë). Dhe ato përhapen në mënyrë radiale në anët nga boshti i vibratorit Hertz, hendekut të shkëndijës ose oshilatorit. I gjithë grupi i planeve të polarizimit të valëve të tilla radio përcaktohet nga drejtimi i boshtit të hendekut të shkëndijës, "kujtesa" e së cilës ata ruajnë.

Së dyti, duke u përhapur në hapësirë, ato, valët e radios, marrin një lloj forme sferike. Edhe pse në fakt edhe ata “lindin” si bagels. (E gjithë kjo është e ngjashme me atë se si ndryshon forma e një baloni nga forma e tij origjinale, origjinale kur fryhet ose fryhet.) Ndryshe nga një tullumbace, madhësia e donutëve me valë radio, duke u shndërruar në një sferë pothuajse, rritet me shpejtësinë e dritës. , dhe pa kufi. Prandaj, ato përfaqësohen "teorikisht" si monokromatike të sheshta.

Sa për fotonet me gjatësi vale jo më shumë se centimetra, ato janë, para së gjithash dhe përgjithmonë, donuts, toroids me madhësi konstante. Meqenëse madhësia e një fotoni përcakton gjatësinë e valës së tij elektromagnetike, dhe rrjedhimisht frekuencën. Dhe meqenëse një foton është një valë de Broglie e lënë nga një elektron (grimcë e ngarkuar) ose e lënë prej tij,. Dhe vala de Broglie (DBW) lind, lind me fillimin e lëvizjes së një grimce të ngarkuar. Ajo, VDB, është formuar në formën e një toroidi (donut), në vrimën e së cilës ka një grimcë të ngarkuar, një elektron - prindin dhe bartësin e tij. VDB "ulet" në elektron, duke e shoqëruar atë në lëvizje. Dhe vetëm kur VDB dhe prindi dhe bartësi i tij largohen nga njëri-tjetri, vazhdimi i tyre bëhet një foton, i cili trashëgon drejtimin e lëvizjes si të elektronit ashtu edhe të VDB-së. Kështu, ne shohim se, ndryshe nga valët e radios, asnjë oshilator, qoftë i thjeshtë apo i shpikur në mënyrë më të zgjuar, nuk merr absolutisht asnjë rol në shfaqjen e VDB dhe fotonit. Natyra veproi thjesht, në mënyrë pragmatike dhe racionale: ajo nuk furnizonte çdo foton me një oshilator. Ai u kufizua në faktin se çdo VDB dhe çdo foton janë të vetë-mjaftueshëm: ata kanë një gjatësi vale unike. Prandaj madhësia e paqartë e fotonit. Prandaj, ata nuk kanë nevojë të pajisen me oshilatorë. Në fund të fundit, ishte vetëm një person që duhej të dinte frekuencën e fotonit. Pra, le ta llogarisë atë, pasi gjatësia e valës dhe frekuenca janë të lidhura në mënyrë unike përmes shpejtësisë së dritës. Kështu, ndryshimi i dytë dhe domethënës midis VDB-ve dhe fotoneve dhe valëve të tyre të radios në natyrë është se fotonet dhe VDB-të nuk kanë nevojë për oshilatorë.

Kjo mendohej deri vonë dhe mendohej saktë, por jo në të gjitha rastet, siç doli, Natyra u kufizua në këtë (shih më poshtë).

Së treti. Fotonet dhe VDB-të jo vetëm që nuk përhapen në mënyrë radiale, por ruajnë madhësinë e tyre gjatë gjithë kohës që mbulojnë distancat universale. Kjo për faktin se në "pajisjen" e tyre Natyra ka inkorporuar një mekanizëm shtrëngues, efektin "hoop". Ky efekt nuk ishte i njohur për fizikantët, si dhe fakti që baza e këtij efekti tkurrjeje është një lloj "shkopi" (ndryshimi i katërt) në formën e një kuantike të fluksit magnetik. Fusha magnetike në të arrin në mijëra Tesla (mbani mend: P.L. Kapitsa arriti të arrijë rreth 50 Tesla me ndihmën e një shpërthimi).

Janë pikërisht këto veçori (ka të tjera) që e bëjnë fotonin të duket si një trup, si një grimcë. Rezulton se formimi i një valë elektromagnetike në formën e një donut me një sasi të tillë fluksi magnetik nuk është asgjë më shumë se një grimcë. E megjithatë kjo nuk është një grimcë, por një valë në formën e një solitoni toroidal, e cila përmban gjithmonë një kuantë fluksi magnetik, të mbyllur (shtrënguar) nga shumë qarkullime sipërfaqësore të potencialit vektorial. Prandaj, të dyja fushat magnetike dhe elektrike të VDB dhe fotonit janë gjithmonë pingul me njëra-tjetrën, gjë që konfirmon elektrodinamikën e Maxwell. Dallimet midis VDB-ve dhe fotoneve, nga njëra anë, dhe valëve të radios, nga ana tjetër, tregohen më plotësisht në ,.

Të gjithë solitonët janë pak a shumë (tsunami) të ngjashëm me korpuskulat. Mediumi nga i cili janë skalitur nuk rrjedh nga vëllimi i tyre, por ruhet. Ky është një tjetër ndryshim. Shikoni unazat e tymit të nxjerra nga një duhanpirës i aftë, ose nga kutia e Wood-it, ose nga krateri i malit Etna.

Tërheqje. Dhe ndoshta vetëm në "trupin" e cunamit, i përhapur në mënyrë radiale nga vendi i origjinës, masa (vëllimi) i ujit të fituar, megjithëse teorikisht i ruajtur, është për shkak të një ndryshimi. madhësia(2πR, ku R është distanca nga burimi i formimit të cunamit) zvogëlohet, trashësia e "donutit" bëhet më e hollë. Cunami në dhjetor 2004 u krijua nga një gabim i gjatë (më shumë se 100 km) linear dhe për këtë arsye uli trashësinë e tij të pjesës lineare të "donutit", i cili nuk kishte pasur kohë për të "humbur peshë" dhe, rrjedhimisht, të gjitha të fuqisë së tij shkatërruese pothuajse origjinale në brigjet me popullsi të dendur të Indonezisë. Ai, një cunami, lëvizi në formën e një segmenti pothuajse të drejtë të një "donuti" dhe nuk e humbi energjinë e tij, duke u përhapur kilometra në brendësi në breg, tokë dhe dha goditje shkatërruese, si një bosht gome e fortë dhe elastike, e cila ruan kryesisht diametrin e saj për shkak të trashësisë së donutit.

Fotoni lëviz ose përhapet i rrafshët (pingulë) me vektorin e shpejtësisë së tij, d.m.th. përgjatë boshtit të toroidit. Dhe le t'ju kujtojmë se valët e radios janë radiale nga boshti i hendekut të shkëndijës. Një foton është një kuantë energjie dhe një kuant fluksi magnetik, i kontraktuar nga shumë qarkullime të potencialit vektorial në formën e një toroidi donut, është një solenoid korpuskular me një gjeometri të formuar qartë dhe, rrjedhimisht, madhësi. Le të themi menjëherë se madhësia e një fotoni toroidal është shuma e dy trashësive tërthore të trupit të donut plus diametri i vrimës që mbetet nga elektroni. Një VDB nuk mund të ekzistojë pa një vrimë dhe një elektron në të, pasi në fillim kishte një elektron (grimcë e ngarkuar). E cila (ngarkesa) filloi të lëvizte ose tashmë po lëvizte.

A = (mc/e) v (1)

dhe më parë de Broglie mori gjatësinë valore të emrit të tij,

λ = (h/mv), (2)

kemi (formulat e mëposhtme janë shkruar pa simbole vektoriale)

λA = (hc/e) (3)

λ = (hc/eA), (4)

por në , vendoset nga (1) dhe relacioni mcv = eA = E = hν

λ = hc/(hν), (6)

ku (hν) është kuanti i energjisë së fotonit. Nuk ka nevojë të hapni kllapat në (6): këtu qëndron kriteri i nevojshëm për llogaritjet - kuanti i energjisë së fotonit ose VDB. Në fund të fundit, ne po flasim për madhësinë e një fotoni, energjia e të cilit është dhënë (hν). Gjithçka që ka mbetur është aritmetika e pastër. Madhësia Z e fotonit dhe VDB është e barabartë me

Z = 4 (λ/2π) + diametri i vrimës (6Z)

Le të japim disa shembuj.

Shembulli nr. 1. Sa është gjatësia e valës së de Broglie dhe një fotoni të një kuantike gama me madhësi 511000 eV? Dy kuanta të tilla gama emetohen gjatë të ashtuquajturit asgjësimi i një elektroni dhe një pozitroni. Në fakt, një rikombinim real i dy ngarkesave-joneve të kundërta ndodh me ruajtjen e vetë grimcave materiale, si në rikombinimet e joneve atomike dhe molekulare. Për shkak se ato janë në njëjës dhe pesë ose më shumë rend të madhësisë më të vogla në madhësi dhe masë, ato nuk e humbasin statusin e tyre jonik. Nuk humbet, ruhet.

Tani do të përdorim formulën (6) që kemi marrë. Por për të mos vuajtur me llogaritjet numerike, le të kemi parasysh se sipas Ajnshtajnit, e gjithë masa e elektronit (pozitronit) gjatë asgjësimit gjoja "shndërrohet" në energji, në kuantumin gama prej 0.511 MeV të dhënë nga ne. d.m.th. 0,511 MeV = m e c 2. Le të zëvendësojmë saktësisht anën e djathtë (m e c 2) të kësaj vlere numerike me emëruesin (6). marrim Gjatësia valore e elektroneve të komptonit

λ e = h/m e c = 2,426 310 58* 10 -10 cm (7)

Por kjo është një valë de Broglie, dhe, për rrjedhojë, një foton. Dhe në të njëjtën kohë madhësia e tyre (6Z).

Kemi arritur në një kontradiktë. Në fakt, dihet, në fund të fundit, se me të ashtuquajturat. asgjësimi, një elektron dhe një pozitron përplasen dhe formojnë një dipol trap (e+e-), madhësia e të cilit njihet si dyfishi i rrezes klasike të elektronit

R e = e 2 / mc 2 (8)

Dhe kjo është distanca më e vogël në të cilën një elektron dhe një pozitron afrohen gjatë një përplasjeje (rikombinimi) dhe mbeten në këtë gjendje të shtypur. Ata dukej se ishin ngjitur pas njëri-tjetrit.

R e = α 2 a o = 2,817 940 92 *10 -13 cm, (9)

ku a 0 =0,529 177 249*10 -8 cm – rreze Bohr, kjo është rrezja e orbitës më afër bërthamës.

Krahasimi i (7) dhe (9) tregon se ato ndryshojnë me tre renditje të madhësisë. Por në të dyja rastet bëhet fjalë për rikombinimin e një elektroni dhe një pozitroni.

Çfarë është puna? Fakti është se një elektron dhe një pozitron gjatë një përplasjeje (asgjësimi) nuk shndërrohen në energji në formën e dy kuanteve gama prej 0,511 MeV secila, të cilat në të vërtetë emetohen, por formojnë një dipol në formën e një trapi (e+ e-) me tarifa të ndara sipas distancës (8) dhe (9). Dhe "zhytet" në detin Dirac dhe bëhet një nga nyjet e rrjetës së pafund të "materies së errët". Në mënyrë që masat e elektronit dhe pozitronit të mos shndërrohen në energji, ky çift (në një distancë "të pafundme" nga njëra-tjetra) ka mjaftueshëm (pikërisht aq sa nevojitet) energji Kulomb, siç dëshmohet nga (8).

Dhe në (7) jepet gjatësia e valës së de Broglie dhe fotoneve që u kthyen në kuantë gama prej 0,511 MeV. Kështu, (9) është madhësia e grimcave, elektronit dhe pozitronit, dhe vrima që ato formojnë në VDB dhe lënë pas kur e lënë atë, dhe (7) është gjatësia e valëve të tyre de Broglie dhe, në përputhje me rrethanat, fotoneve.

Pyes veten se sa është shpejtësia e një elektroni në momentin e përplasjes me një pozitron, ato. në momentin e të ashtuquajturit asgjësimin e tyre? Siç dihet, momenti i një fotoni ose gama kuantike përcaktohet nga formula

M e v = E/c (*)

Ne e dimë energjinë: E = 0,511 MeV = m e c 2 Zëvendësojmë në (*) dhe marrim v = c. Theksojmë: V = C. Elektroni arriti shpejtësinë e dritës dhe masa e tij nuk u rrit në asnjë mënyrë. Dhe kjo konfirmohet nga rrezatimi i të njëjtës (saktësisht 0,511 MeV) kuanta gama në madhësi nga shumë ndriçues universalë në galaktika. Nuk ka devijime.

Shembulli nr. 2. Dihet se ngarkesa e një protoni është e njëjtë me atë të një pozitroni. Lind mendimi se Gjatësia e elektronit të komptonit(dhe kjo është madhësia e VDB) duket se korrespondon me nivelin e energjisë së elektronit orbital, sikur, duke rënë në një bërthamë hidrogjeni, ai fitoi një orbitë me rreze (7). Le t'i caktojmë asaj n = 0.

Tani është pranuar përgjithësisht se gjëja kryesore numër kuantikështë një sekuencë e numrave të plotë n = 1,2.3,4,5,. Prandaj nuk kemi dashur të kemi dashur të kemi thënë se teorikisht ekziston Dhen = 0. Dhe kjo është shumë e rëndësishme!!! Për mbështetësit e idesë së hydrino.

Por elektroni në atomin e hidrogjenit nuk bie në bërthamë, në proton dhe elektroni nuk kapet nga bërthama. Pse? Po, sepse Natyra nuk mund të lejonte që atomet e hidrogjenit të "asgjësoheshin" në të njëjtën mënyrë si në rastin e diskutuar më sipër. Atomet e hidrogjenit, më saktë, bërthamat e tyre protonike, janë material ndërtimor, tulla nga të cilat Natyra ka ndërtuar dhe po ndërton elemente gjithnjë e më komplekse të sistemit periodik të Mendelejevit. Protonet nuk kanë të drejtë të kthehen në (p + e-) = n. Përndryshe, as Big Bengu, as bozonet e Higgs-it dhe asgjë tjetër nuk do të kishin ndihmuar. Universi nuk do të kishte ardhur në ekzistencë. Universi ekziston për shkak të pamundësisë së një përfundimi të tillë. Supozohet se, me sa duket, për të njëjtën arsye, spektropistët kurrë nuk gjetën linja në spektrin e hidrogjenit në rangun nga n = 1 në n = 0 që ne prezantuam. Hydrino nuk ndodh.

Materia e errët kryen funksionet e saj elektrodinamike dhe më shumë. Dhe është shumë e mundur që materia e errët të shërbejë edhe si një lloj materiali ndërtimor për nukleonet dhe bërthamat. Pothuajse njëqind për qind e Universit përbëhet nga hidrogjen dhe helium. Dhe çdo gjë rrotullohet në vorbulla, digjet me kazanët bërthamorë yjorë, shpërthen, përthithet nga vrimat e zeza dhe rilind përsëri. Madje edhe jeta, e panjohur si, lind, evoluon, përhapet, arrin lartësitë dhe majat e larta intelektuale dhe në këtë mënyrë ruhet. Për faktin se duket se diapazoni optik i dritës (dhe Zoti tha: LE TË BËHET DRITË!!!) është i kufizuar në Rydberg 13.6 eV.

Shembulli nr. 3. Le të përcaktojmë kuantumin e energjisë së valës de Broglie të elektronit në orbitën kryesore të palëvizshme të atomit të hidrogjenit, d.m.th. për n = 1. Për ta bërë këtë, ne përdorim formulat (4) ose (5). Le të jetë (5)

Nuk mund të bëjmë pa formulën (1) që gjetëm. Le të zëvendësojmë v në (1) me v = c/137 = αс

hν = mc 2 /137 = αmc 2 (10)

Dhe meqenëse numëruesi në të djathtë në (10) korrespondon me një sasi energjie prej 511,000 eV, marrim

hν = (511000 /137)eV (10a)

Kjo do të jetë (sipas një rregulli rrëshqitës) afërsisht 3730 eV. Dhe që kur,

A = (emc/ ћn), (11)

Pastaj në n = 2 niveli i energjisë i elektronit dhe VDB-së së tij do të ulet në afërsisht 1865 eV. Por pastaj del absurde, krejt absurde!!!??? Dhe ne do të përsërisim. Nuk ka energji të tilla në spektrin e rrezatimit të atomit të hidrogjenit. I gjithë diapazoni spektral i atomit të hidrogjenit, d.m.th. e gjithë energjia e jonizimit të tij është

R∞ = 13,605 6981 eV. (12)

Çfarë është puna? Le ta krahasojmë këtë në frekuenca.

Le të shprehim frekuencat (të cilat janë ekuivalente me kuantet e tyre të energjisë) të fotoneve dhe valëve de Broglie që lindin kur VDB lë (lë) një elektron, si në lëvizje të lirë ashtu edhe orbitale në n = 1. Le t'i shënojmë ato si më poshtë: ν λ .

ν λ = (с/λ) = (mce 2 /hћ) = c/2πr (13)

Është e lehtë të shihet se frekuenca është e barabartë me numrin e rrotullimeve të elektronit për sekondë.

Le të paraqesim frekuencat e Rydberg ν∞ në të njëjtën mënyrë

ν ∞ = cR = c(me 2 /4πћ 3 c) = e 2 /4πћr (14)

Raporti (13) me (14) na tregon se themelet e tyre bazohen në arsenale energjetike që janë thelbësisht të ndryshme në madhësi

(ν λ / ν ∞) = 2,137 = 2/α (15)

Tani le të ndajmë (10a) me (15) dhe të marrim energjinë e jonizimit të atomit të hidrogjenit 13.6 eV.

Unë nuk mund ta mbështjell kokën rreth kësaj.

E megjithatë, përfundimi i parë është ky: frekuencat e fotoneve dhe VDB-ve, të shkaktuara nga zhdukja e VDB nga elektroni i lirë dhe i gjendjes bazë, prindi dhe bartësi i tij (VDB, i braktisur nga elektroni ose i larguar prej tij) bazohen në parim në arsenalin e energjisë, i cili në 2.137 = 2/α herë më i lartë se energjia e fotoneve në diapazonin spektral të atomeve të hidrogjenit.

Shënim. Duke kërkuar në internet në faqen "Çfarë është një foton?" (Pikërisht prej andej mësova se fizikanët janë të shqetësuar me pyetjen se cila është madhësia e një fotoni), dhe disi hasa në një artikull të F.M Konarev "Keqkuptime të Niels Bohr".

F. Konarev, siç doli, u ndesh me këtë absurditet në vitin 1993. Por ai nuk gërmoi më thellë, dhe për këtë arsye me sa duket nuk ishte në gjendje të përcaktonte madhësinë e lidhjes energjetike të elektronit të vendosur në orbitën e poshtme (n = 1): "Energjia e lidhjes E 1 e elektronit (me bërthamën - VM, shih më poshtë) në momentin e qëndrimit të tij në nivelin e parë energjetik të këtij atomi është i barabartë me energjinë e jonizimit E J të atomit të hidrogjenit, pra E 1 = Ej = 13,60 eV. Kur një elektron thith një foton me një energji prej 10.20 eV dhe lëviz në nivelin e dytë të energjisë, energjia e lidhjes së tij me bërthamën zvogëlohet dhe bëhet e barabartë me 3.40 eV. Natyrisht, kur një foton absorbohet nga një elektron, energjitë e tyre mblidhen dhe ne duhet të shkruajmë...: 13.60 + 10.20 = 23.80 (28).

Dhe spektri jep 3.40 eV. Siç e shohim, ai, Konarev, nuk mundi të përballonte ekuilibrat e palogjikshëm të energjisë kur një foton i jashtëm ndikoi në elektronin e nivelit kryesor të energjisë dhe ai u bë "i zemëruar".

Le të heqim një numër të llogaritjeve të tij teorike dhe të dëgjojmë të zemëruarit:

“Një fakt i mahnitshëm. Për gati njëqind vjet ne besuam se elektroni në një atom rrotullohej rreth bërthamës, si një planet rreth diellit. Por ligji i formulave për spektrin e atomit të hidrogjenit...(që ai e nxori, por ne i hoqëm sepse nuk ishim dakord me aspektet fillestare - VM) mohon lëvizjen orbitale të elektronit. Nuk ka energji në këtë ligj që korrespondon me lëvizjen orbitale të elektronit, që do të thotë se ai nuk ka një lëvizje të tillë.

Prandaj, F. Kanarev vendosi që Niels Bohr gaboi dhe në këtë mënyrë i shkaktoi dëm shkencës dhe njerëzimit. Epo, me sa duket, gjatë këtyre dy dekadave (që nga viti 1992), shumë kanë lexuar pretendimet e tij për themeluesit e disa arritjeve të shkencës dhe botëkuptimit. Dhe ata gjithashtu u habitën. Dhe autori i këtyre rreshtave, gjithashtu, mëkatisht ra në këtë kurth. Derisa mund ta quani ndryshe.

Në fakt, kur vepronim në një atom të gjendjes bazë me një foton, ne në fakt besuam se energjia e këtij fotoni i shtohet energjisë së elektronit të vendosur në gjendjen e parë, bazë. Por doli se kjo nuk është kështu. Kjo mund të shpjegohet: elektroni arriti në këtë nivel energjie jo për shkak të manipulimeve të energjisë në zonën spektrale, jo vetëm për shkak të rrezatimit spektral të atomit të hidrogjenit të ngacmuar më parë. Ai arrin atje përafërsisht në të njëjtën mënyrë siç futen planetët në strofkën e Diellit dhe të yjeve. Supozoni se planeti fillimisht ishte i pavarur me energjinë e tij kinetike dhe kur ra në sferën e gravitetit të Diellit, doli se energjia e tij kinetike, planeti, nuk ishte e mjaftueshme për të kapërcyer forcën agresive të diellit. Dhe ajo u kap, ndoshta me një energji të tepërt. Pra është në këtë rast në shqyrtim me atomin e hidrogjenit. Ekziston një tepricë e energjisë kinetike, por ajo është dy rend të madhësisë më e ulët se ajo kritike.

Por sido që të jetë, ka një analogji këtu: një atom hidrogjeni formohet nga një proton-bërthamë dhe një elektron, të pavarur nga njëri-tjetri, me një valë shoqëruese të de Broglie të ulur mbi të. Për më tepër, ky çift, elektroni dhe VDB e tij, kishin tashmë një energji kinetike të barabartë me

α.0.511 MeV = ~3730 eV

Kjo gjendje (niveli) energjetike e elektronit në orbitën n = 1 nuk quhet pa arsye gjendja bazë. Ai, kryesori, shërben si një kufi pothuajse i pakapërcyeshëm që ndan zona me nivelen = 0.1 nga zona me nivelen = 2,3,4,… Në këto zona, ligjet e formimit dhe ekzistencës së VDB-ve dhe fotoneve janë thelbësisht të ndryshme. Jashtë zonës spektrale të atomit të hidrogjenit, energjia kinetike e elektronit i bindet ligjit (11) të shumëzuar me e.

EA = (hν) = mc(e 2 / ћn) = mcv, (16)

ato. zvogëlimi në proporcion të kundërt me numrin kuantik kryesor, dhe në zonën spektrale (n = 2,3,4,...) - sipas ligjit të Rydberg-ut, d.m.th. (1/n 2).

Më sipër u tregua se sa të ndryshëm janë arsenalet e energjisë, në bazë të të cilave zhvillohen proceset fizike të formimit të VDB-ve dhe fotoneve (në zonën e parë) dhe formimi i spektrave (në zonën e dytë). Natyra, si të thuash, ndau arsenalin e energjisë të destinuar për shfaqjen e jetës dhe prosperitetin e saj nga arsenali i energjisë së pjesës së saj të pajetë.

Nëse VDB-të dhe fotonet në zonën kryesore (le ta quajmë kështu për shkurt) formohen në formën e një toroidi (donut) edhe para kapjes së një elektroni të lirë nga një proton, atëherë për formën e VDB-ve dhe fotoneve në spektër zonë - nuk ka asnjë arsye për të insistuar në këtë analogji ose për ta mohuar atë. Në fund të fundit, rezulton se për sa i përket energjisë ato janë 2.137 herë (15) më pak, por kjo do të thotë gjithashtu se dimensionet e tyre sipas formulës së de Broglie (2) dhe tona (6) janë shumë herë më të mëdha. Kjo do të thotë se ne nuk e dimë me siguri se cilat janë format e fotoneve në diapazonin spektral. Ne gjithashtu nuk e dimë se si ndodh ndarja e energjisë dhe kuanti fillestar i fluksit magnetik në një atom. Mekanizmi fizik i këtyre metamorfozave është i panjohur për ne.

BURIMET E PËRDORUR

1. ALENITSIN A.G., BUTIKOV E.I., KONDRATIEV A.S. Libër referimi i shkurtër fiziko-matematikor, M, “Shkenca”, 1990;

2. Manturov V.V. Nga nukleonet dhe bërthamat kristalore te zgjidhja deri te shpërndarja e numrave të thjeshtë M, 2007;

3. Manturov V.V. Forcat bërthamore. Propozim për zgjidhje, Tekhnika molodezh, 02, 2006;

4. Manturov V.V. Le të themi një fjalë për potencialin vektor;