Квантовая физика. Физика атома,

Атомного ядра и элементарных частиц.

Основные формулы.

· Тепловое излучение. Законы теплового излучения.

Закон Кирхгоффа:

Отношение излучательной способности тел R (T) к поглощательной способности a (T) является универсальной функцией температуры, независящей от рода и состояния излучающей поверхности

,

где R^*(T) – излучательная способность абсолютно черного тела.

Закон Стефана – Больцмана.

Излучательная способность абсолютно черного тела R^* пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры: , где – постоянная Стефана – Больцмана.

Закон смещения Вина.

Длина волны λ_max, на которую приходится максимум спектральной плотности излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре

,

где b – постоянная Вина, b = 2,9ּ10^-3 мּК.

Закон Планка.

Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела определяется законом Планка.

Функция плотности распределения энергии f (λ, T) в спектре абсолютно черного тела может быть записана в следующем виде

,

где ; – постоянная Планка.

Корпускулярно – волновой дуализм излучения.

 

Квант света (фотон) – объект природы, обладающий, как свойствами частицы, так и волновыми свойствами. Длина волны фотона или ; длина волны фотона в вакууме (с – скорость света в вакууме, – скорость света в среде).

Энергия кванта (фотона) , импульс , кинетическая масса . Связь между волновыми и корпускулярными свойствами кванта определяется соотношением .

В приведённых выражениях – постоянная Планка, являющаяся фундаментальной физической константой: .

 

Законы фотоэффекта:

 

, – работа выхода электрона из металла, или

, – максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона.

; – частота, соответствующая красной границе фотоэффекта.

– максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности светового пучка, а зависит лишь от его частоты (т.е от спектрального состава).

Эффект Компотона.

– длина волны рассеянного кванта, – длина волны падающего кванта, – комптоновская длина волны рассеивающей частицы ( – ее масса покоя), – угол рассеяния.

· Корпускулярно – волновой дуализм частиц материи

– формула де Бройля.

при , при сравнимых со скоростью света c.

 

Принцип неопределённости

.

– неопределённость координаты;

– неопределённость соответствующей проекции импульса.

– неопределённости энергии частицы и времени, в течение которого она имеет данную энергию.

 

Атом водорода.

Энергия электрона в атоме водорода

; – постоянная Ридберга.

– главное квантовое число.

Энергию электрона можно также представить в виде (эВ);

1эВ = Дж.

Спектр атома водорода

,

– квантовые числа состояний, между которыми происходит переход электрона.

Радиус боровской орбиты

, где

или , где м – первый боровский радиус.

Состояние электронов в атомах характеризуется набором квантовых чисел

– главное квантовое число:

– побочное азимутальное квантовое число.

, +1..., 0, 1, ... – магнитное квантовое число.

– спиновое квантовое число.

 

Механический момент импульса электрона

.

Магнитный момент электрона

– магнетон Бора.

Проекции магнитного момента на заданное физическое направление

.

Проекции механического момента:

Проекции спинового механического момента электрона: .

Проекции спинового магнитного момента электрона: .

 

Физика атомного ядра.

Элементарные частицы.

– общий вид обозначения химического элемента;

– порядковый номер элемента,

– массовое число элемента (изотопа),

– закон радиоактивного распада.

– число атомов радиоактивного элемента в момент времени ,

– их число по истечении времени , – постоянная распада,

– период полураспада.

Энергия связи ядра

, – дефект массы,

– порядковый номер элемента (число протонов в ядре),

– масса протона,

– число нейтронов в ядре,

– масса нейтрона,

– масса ядра.

Энергетический эффект ядерной реакции

, где

– сумма масс взаимодействующих частиц до реакции,

– сумма масс частиц после реакции.

Рекомендуемая литература по изучению курса физики

1. Савельев, И.В. Курс общей физики: В 3 т. [Текст]: Учебное пособие / И. В. Савельев.– Изд.5-е, стереотип. – СПб.: Изд-во “Лань”, 2006, Т.1- 496 с. – (Механика, колебания и волны, молекулярная физика).

2. Савельев, И.В. Курс общей физики: В 3 т. [Текст]: Учебное пособие / И. В. Савельев.– Изд.5-е, стереотип. – СПб.: Изд-во “Лань”, 2006, Т.2. - 496 с.- (Электричество и магнетизм. Волны. Оптика).

3. Савельев, И.В. Курс общей физики: В 3 [Текст]: Учебное пособие / И. В. Савельев. – Изд.5-е, стереотип. – СПб.: Изд-во “Лань”, 2006,т. - 2-е изд., испр. - М.: Наука, 1982. Т.3 - 304 с. (Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц)

4. Рогачев, Н.М. Курс физики[Текст]: Учебное пособие / Н.М.Рогачев.-СПб.: Изд-во “Лань”, 2008.- 448 с.

5. Пиралишвили,Ш.А. Механика. Электромагнетизм. - [Текст]/ Ш.А.Пиралишвили, Н.А.Мочалова, З.В.Суворова, Е.В.Шалагина, В.В.Шувалов. –М.: Машиностроение, 2006. -336с.

6. Пиралишвили, Ш.А. Колебания. Волны. Геометрическая и волновая оптика. Квантовая и ядерная физика. .- [Текст]/ Ш.А.Пиралишвили, Н.А.Мочалова, З.В.Суворова, Е.В.Шалагина, В.В.Шувалов. –М.: Машиностроение-1, 2007. -341с.

7. Пиралишвили, Ш.А.Термодинамика и молекулярная физика. Элементы статистической физики. Элементы физики конденсированного состояния. - [Текст]/ Ш.А.Пиралишвили, Н.А.Каляева, З.В.Суворова, Е.В.Шалагина, В.В.Шувалов. –М.: Машиностроение-1, 2008. -348с.

8. Пиралишвили, Ш.А. Молекулярная физика. Термодинамика. Конденсированные состояния. [Текст]: Учебное пособие/ Ш.А.Пиралишвили, Е.В.Шалагина, Н.А.Каляева, Е.А. Попкова. –Рыбинск: РГАТА, 2009. -170с.