VLNOVÉ VLASTNOSTI ČÁSTIC. Foton foton = kvantum elmag. záření vlnové a zároveň částicové vlastnosti mimo představy klasické makroskopické fyziky Louis.

Prezentace na téma: "VLNOVÉ VLASTNOSTI ČÁSTIC. Foton foton = kvantum elmag. záření vlnové a zároveň částicové vlastnosti mimo představy klasické makroskopické fyziky Louis."— Transkript prezentace:

1 VLNOVÉ VLASTNOSTI ČÁSTIC

2 Foton foton = kvantum elmag. záření vlnové a zároveň částicové vlastnosti mimo představy klasické makroskopické fyziky Louis de Broglie v roce 1924 vlnový charakter ostatních částic – elektrony, protony, neutrony, … 1/18

3 De Broglieho hypotéza každá volně pohybující se částice o energii E a hybnost p (1) – frekvence a vlnová délka podle de Broglieho (2) se započtením relativistické hmotnosti 2/18

4 vztahy pouze ideální → částice ani vlna se nemůže pohybovat v nekonečném prostoru po nekonečnou dobu fantastická myšlenka, nebylo jasné, co je podstatou de Broglieových vln prokázání vlastností difrakce a interference 3/18

5 Experimentální potvrzení v roce 1927 američtí experimentální fyzikové Clinton Joseph Davisson s Lester Halbert Germer v USA nezávisle na nich anglický fyzik George Paget Thomson (syn J. J. Thomsona) v Anglii 4/18

6 Davissonův – Germerův experiment dopadající paprsek elektronů monokrystal niklu detekce detektorem pozorování interference – maxima urychlovací napětí U dodá kinetickou energii a rychlost vlnová délka de Broglieovy vlny (3) applet 5/18

7 6/18

8 Vlnová délka de Brogliovy vlny napětí v řádech desítek voltů vlnová délka v řádu 10 -10 m délka srovnatelná s mřížkovou konstantou a vyhovující podmínce pro vznik interferenčního maxima elektrony se skutečně chovají jako vlny dualismus částice - vlna (korpuskulárně vlnový dualismus) prokázán i pro částice 7/18

9 Podstata de Brogliovy vlny experimentálně potvrzeno vlnové vlastnosti při jakémkoli pohybu není pouze postupná rovinná vlna vlnová funkce ψ(x,y,z,t) vlnovou funkci popisuje kvantová fyzika jaký má fyzikální smysl a jak popisuje pohyb částic 8/18

10 Vlnová funkce německý fyzik Max Born sama vlnová funkce nemá smysl čtverec absolutní hodnoty vlnové funkce  pravděpodobnost, že se částice nachází v daném okamžiku na daném místě v prostoru hustota pravděpodobnosti výskytu částice 9/18

11 Pohyb částic v mikrosvětě pravděpodobnostní charakter neexistuje určitá rychlost a určitá trajektorie rozložení pravděpodobnosti dopadu větší pravděpodobnost dopadu = více dopadajících elektronů 10/18

12 Korpuskulárně vlnový dualismus charakteristický pro všechny objekty mikrosvěta popis stavu objektů vlnovou funkcí možnost přiřadit frekvenci i vlnovou délku i makroskopickým tělesům pohybujícím se rovnoměrně přímočaře vlnové délky nesmírně malé 11/18

13 Propojení vlny a částice nelze si představit vlnu a částici dohromady částice mikrosvěta se pohybují jinak než objekty z naší každodenní zkušenosti lze určit pouze pravděpodobnost výskytu Používá-li se ve fyzice mikrosvěta výraz částice, myslí se tím právě takové objekty, které v sobě spojují částicové a vlnové vlastnosti a jejichž pohyb musí být popisován prostředky kvantové fyziky. 12/18

14 Využití vlnových vlastností částic elektronový a iontový mikroskop – díky de Broglieově vlnové délce větší rozlišení elektrická vodivost tunelový jev – appletapplet 13/18

15 Příklad Určete vlnovou délku de Brogliovy vlny elektronu urychleného v elektrickém poli napětím 100 V. Náboj elektronu je 1,6.10 -19 C, jeho hmotnost 9,1.10 -31 kg a Planckova konstanta 6,626.10 -34 J.s. 14/18

16 Řešení 15/18

17 Řešení 16/18

18 Opakování fotony – kvanta elmag. záření – částice s nulovou klidovou hmotností – korpuskulárně vlnový dualismus elektrony, protony, neutrony, aj. – podle L. de Broglieho vykazují rovněž vlnové vlastnosti Davissonův – Germerův experiment konstrukce elektronových mikroskopů a dalších zařízení 17/18

19 POUŽITÉ ZDROJE 1.Štoll I.: Fyzika pro gymnázia/ Fyzika mikrosvěta, Prometheus, Praha 2008. 2.Bartuška K.: Sbírka řešených úloh z fyziky IV pro SŠ, Prometheus, Praha 2000. 3.Davisson, C. J.: The discovery of electron waves, Nobel lecture, December 13, 1937. Dostupné na WWW: http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/ http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/ 4.http://fyzika.jreichl.comhttp://fyzika.jreichl.com 5.http://cs.wikipedia.orghttp://cs.wikipedia.org 6.http://www.freedigitalphotos.nethttp://www.freedigitalphotos.net 7.http://phet.colorado.eduhttp://phet.colorado.edu 8.http://astronuklfyzika.wz.czhttp://astronuklfyzika.wz.cz Grafická úprava a ilustrace: Marie Cíchová 18/18