VLNOVÉ VLASTNOSTI ČÁSTIC
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
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
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
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
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
6/18
Vlnová délka de Brogliovy vlny napětí v řádech desítek voltů vlnová délka v řádu 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
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
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
Pohyb částic v mikrosvětě pravděpodobnostní charakter neexistuje určitá rychlost a určitá trajektorie rozložení pravděpodobnosti dopadu větší pravděpodobnost dopadu = více dopadajících elektronů 10/18
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
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
Využití vlnových vlastností částic elektronový a iontový mikroskop – díky de Broglieově vlnové délce větší rozlišení elektrická vodivost tunelový jev – appletapplet 13/18
Příklad Určete vlnovou délku de Brogliovy vlny elektronu urychleného v elektrickém poli napětím 100 V. Náboj elektronu je 1, C, jeho hmotnost 9, kg a Planckova konstanta 6, J.s. 14/18
Řešení 15/18
Řešení 16/18
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
POUŽITÉ ZDROJE 1.Štoll I.: Fyzika pro gymnázia/ Fyzika mikrosvěta, Prometheus, Praha Bartuška K.: Sbírka řešených úloh z fyziky IV pro SŠ, Prometheus, Praha Davisson, C. J.: The discovery of electron waves, Nobel lecture, December 13, Dostupné na WWW: Grafická úprava a ilustrace: Marie Cíchová 18/18