Kvantová fyzika hanah.

Prezentace na téma: "Kvantová fyzika hanah."— Transkript prezentace:

1 Kvantová fyzika hanah

2 1) Kvantová hypotéza 2) Fotoelektrický jev 3) Comptonův jev 4) Vlnové vlastnosti částic

3 1. Kvantová hypotéza Kvantové fyzice předcházelo studium záření černého tělesa Elektromagnetické záření vydávají všechna tělesa. Chladná vyzařují infračervené záření okem neviditelné, tělesa zahřátá nad 500 °C září viditelně. V absolutně černém tělese je v rovnováze vyzařování a pohlcování záření

4 Pozorujeme-li rozžhavené absolutně černé těleso,
jeví se nejprve jako černé, červené, se vzrůstající teplotou jako oranžové, žluté a bílé. Spektrum rovnovážného záření nezávisí na chemickém složení tělesa, ale jen na jeho teplotě a je spojité, rovnovážné těleso vyzařuje na všech vlnových délkách. Wilhelm Wien – praotec kvantové teorie Dráždila ho problematika záření absolutně černého tělesa, které vysílá záření v širokém rozsahu vlnových délek a intenzita vyzařování je maximální pro jednu konkrétní vlnovou délku, jejíž hodnota je nepřímo úměrná teplotě.

5 Wienův posunovací zákon
b =2,9.10-3m.K 2 λ 1 [mm] S rostoucí teplotou zářiče se posouvá maximální hodnota spektrální hustoty zářivého toku ke kratším vlnovým délkám.

6 Stefanův-Boltzmannův zákon
Energie vyzařovaná absolutně černým tělesem roste úměrně čtvrté mocnině termodynamické teploty. E je energie záření  je Stefan-Boltzmannova konstanta  = 5, W.m-2 .K-4 T termodynamická teplota Roste-li teplota tělesa, intenzita záření velmi rychle vzrůstá a jeho spektrum se posouvá k vyšším frekvencím.

7 Úlohy: Řešení: Určete vlnovou délku na které vyzařuje maximum energie člověk o teplotě 37 °C. λmax = 9, m – inf. oblast Určete povrchovou teplotu Slunce, víte-li, že zářivý výkon Slunce je 3, W. Určete vlnovou délku maxima vyzařování - λmax Slunce. Poloměr Slunce R = 700 000 km. T = 5 800K λmax = 500 nm - žlutá barva

8 E = h.f Max Planck – otec kvantové fyziky
svou kvantovou hypotézou vyslovil předpoklad, že záření vydávané a pohlcované jednotlivými atomy zahřátého tělesa nemůže mít libovolnou energii, ale vždy je vyzařováno nebo pohlcováno v určitých dávkách energie, kterým dal jméno kvanta Energie kvanta záření závisí na frekvenci záření podle vztahu: E = h.f h – Planckova konstanta h = 6, J.s

9 2. Fotoelektrický jev Je důkazem kvantové povahy elektromagnetického záření Vnější – dochází k emisi elektronů z povrchu kovu Fotoelektrický jev Vnitřní – elektrony se uvolňují v látce ( polovodiči ), zvyšuje se vodivost

10 hf - e K L

11 Zákonitosti fotoelektrického jevu vysvětlil v roce 1905 A. Einstein
Při fotoelektrickém jevu každé kvantum záření předá svou energii pouze jednomu elektronu, který ji využije k uvolnění z kovu (výstupní práce Wv) a na zvýšení své kinetické energie.

12 Zákonitosti Pro každý kov existuje 1) mezní frekvence f0 , při níž dochází k fotoemisi. Je-li f < f0, k fotoelektrickému jevu nedochází. 2) Nastane-li fotoelektrický jev, pak elektrický proud (počet emitovaných elektronů) je přímo úměrný intenzitě dopadajícího záření. 3) Energie ( rychlost ) emitovaných elektronů je přímo úměrná frekvenci dopadajícího záření, závisí na materiálu katody a nezávisí na intenzitě dopadajícího záření.

13 Einstein vyšel z předpokladu, že elektromagnetické záření
je proud částic – fotonů. Každý foton má svou energii, hmotnost a hybnost.

14 Úlohy: Řešení: 1) Výstupní práce elektronů pro sodík je 2,28 eV. S jakou energií a rychlostí budou vyletovat elektrony z povrchu sodíkové katody, když na ni dopadá ultrafialové záření s vlnovou délkou 300 nm? 2) Lze vyvolat vnější fotoelektrický jev u sodíku zářením o vlnové délce 500 nm? 1,8 eV Lze 3) Kolik fotonů za sekundu vysílá desetiwattová žlutá žárovka? Předpokládejte, že světlo je monofrekvenční s vlnovou délkou 600 nm. 3,2.1019

15 3. Comptonův jev Compton v roce 1922 prováděl pokusy s rozptylem
rentgenového záření na elektronech. ( Rentgenové záření nechal dopadat na uhlíkovou destičku ). hf hf´ Ek Rozptyl fotonu lze pokládat za pružnou srážku dvou částic a ze zákona zachování energie plyne: Platí tedy f < f,  >  a takovýto rozptyl záření na elektronech byl nazván Comptonův jev - důkaz kvantové povahy záření hf = hf´+ Ek

16

17 4. Vlnové vlastnosti částic
( )                                                                                                                       Francouzský kvantový fyzik Louis Victor Pierre Raymond duc de Broglie V roce 1924 přišel s hypotézou, že nejen fotony, ale i ostatní objekty mikrosvěta (elektrony, atomy, molekuly …) mají vlnové vlastnosti S každou částicí, jejíž hybnost má velikost p, je spjato vlnění o vlnové délce (de Broglieova vlnová délka)

18 Vlnové vlastnosti hmotných objektů experimentálně potvrdili
v roce 1927 američtí fyzici Clinton Joseph DAVISSON a Lester Halbert GERMER

19 Elektron otec & syn částice & vlna J.J.Thomson (1906)
vlnově korpuskulární dualismus otec & syn částice J.J.Thomson (1906) & G.P.Thomson (1928) vlna

20 V elektrickém poli o urychlovacím napětí U získají elektrony
kinetickou energii a rychlost

21 Později byly provedeny další experimenty v nichž nejen
elektrony, ale i protony, neutrony a atomy projevovaly vlnové vlastnosti Difrakce neutronů na krystalu NaCl

22 Částice se v mikrosvětě nepohybují po určitě trajektorii
určitou rychlostí, můžeme vypočítat pouze pravděpodobnost výskytu částice v určitém objemu prostoru – kvantová mechanika. Teoretické základy kvantové mechaniky podal E. Schrödinger a W. Heisenberg. Heisenbergovy relace neurčitosti Ψ ( x, y, z, t )

23 Úkoly: Řešení: 1) De Broglieho vlnová délka přiřazená elektronu je λ =10-10m. Jaká je jeho rychlost a kinetická energie? [v = 7,3.106 m.s-1, Ek = 150 eV] 2) Elektron urychlíme potenciálovým rozdílem 100 V. Jaká bude jeho rychlost a jemu přiřazená de Broglieho vlnová délka? [v = m.s-1, λ = 1, m]

24 Literatura: I. Štoll – fyzika mikrosvěta
Použité zdroje: Internet, Vyrobeno v rámci projektu SIPVZ Gymnázium a SOŠ Cihelní 410 Frýdek-Místek Autor: Mgr. Hana Hůlová Rok výroby: 2005 hanah