20. Fyzika mikrosvěta Číslo a název projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0619 OP: Vzdělávání pro konkurenceschopnost Zvyšování vzdělanosti pomocí e-prostoru Název a adresa školy Soukromá střední škola a jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Č. Budějovice, s.r.o., Jeronýmova 28/22, České Budějovice Kód materiálu Klíčová aktivita III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název materiálu 20. Fyzika mikrosvěta Autor Mgr. Miroslav Dušek Tematická oblast Fyzika mikročástic Anotace Vzdělávací materiál je určen pro Obchodní akademii a Ekonomické lyceum Materiál obsahuje výklad k problematice úvodu do fyziky mikrosvěta a kvantové fyziky. Ročník 2.ročník Obchodní akademie, Ekonomické lyceum Datum tvorby září -říjen 2013 Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora

FYZIKA MIKROSVĚTA

ATOM Látky se skládají z molekul a atomů Rozměr – 10-10 m ( na úsečku 1cm se jich vejde 100 milionů !!) Tyto malé rozměry tvoří specifický svět – mikrosvět. ( jiné fyzikální zákonitosti než makrosvět) Uvnitř atomu – elektrony ( v pohybu a mohou se z atomu uvolňovat Objevitel J.J.Thomson (1856-1940) – velikost náboje qe = e = 1,602 .10-19C me = 9,110 . 10-31 kg Elektron je 1837 x lehčí než atom vodíku !

Elektromagnetické záření atomy vyzáří ( ztrácí) část své energie – světlo vyzařují jen v určitých porcích – kvantech – Max Planck (1858 – 1947) – energie - E = h.f h…Planckova konstanta – 6,626 . 10-34 J.s f…frekvence záření počátek kvantové fyziky – vysvětluje zákonitosti pohybu molekul a atomů základ fyziky mikrosvěta

Záření atomů – spektrální čáry Atomy zahřátých plynů – záření určitých frekvencí – vytváření sérií a zhušťování na straně kratších vlnových délek Frekvence čar série R=3,29 . 1015 s-1 ..Rydbergerova frekvence n>m….přirozená čísla Spektrální série - skupina spektrálních čar, jejichž frekvence odpovídá stejné hodnotě čísla m Stacionární stav – atom se nachází v určitých energetických hladinách ( záporná energie – elektron je v atomu vázán a k uvolnění je potřeba energii dodat např. třením…)

Energie stacionárních stavů Energii atomů a částic měříme v elektronvoltech (eV) Energetické hladiny se s rostoucím n zhušťují až k nulové energii Při dalším zvýšení se energie stane kladnou a atom bude ionizován. (elektron se oddělí a může nabývat libovolné energie) Energie E1 pro n=1…. 1.hladina, nejnižší energetická hladina (energie je kvantována) Čísla n – hlavní kvantová čísla

Kvantová čísla Hlavní kvantové číslo n - udává energii elektronu, nabývá hodnot 1, 2, 3, 4, 5, Vedlejší kvantové číslo l - může nabývat hodnot 0, 1, 2, 3,.. (n - 1), vedlejší kvantové číslo udává „tvar“ orbitalu  Magnetické kvantové číslo m - udává počet prostorových variací orbitalu, orientaci v prostoru, může se měnit v rozmezí od -l do +l (včetně nuly), např. pro l=2 může mít hodnoty -2, -1, 0, 1, 2 energie elektronu - závisí na hlavním i vedlejším kvantovém čísle degenerované orbitaly - orbitaly se stejnou energií (stejným n a l), ale různým m  Spinové magnetické kvantové číslo s (spin) - udává směr rotace elektronu, nabývá hodnot elektrony s opačným spinem se přitahují  

Kvantově mechanický model atomu

Chování mikročástic - chování mikročástic, např. protonů nebo elektronů, se zásadně liší od chování těles běžných rozměrů a nedá se vystihnout klasickou (newtonovskou mechanikou), pro popis dějů v atomovém měřítku byla vypracována obecnější teorie - kvantová mechanika Ervin Schrödinger (1887-1961) MaxBorn (1882-1970) [1]

1) Kvantování energie - energie mikročástic je v určitých případech kvantována a může nabývat pouze určitých hodnot, nemůže se měnit spojitě, ale skokem, mikročástice atomu (elektron) musí přijímat nebo vyzařovat energii po kvantech, nemůže získat pouze zlomek energetického kvanta

2) Duální charakteristika - (korpuskulárně-vlnový mechanismus) - mikročástice se někdy chová jako částice a někdy jako vlna, vlnu nemůžeme lokalizovat v prostoru (projde 2 otvory najednou), platí pro ni skládání a ohyb, částice je lokalizovatelná v prostoru Louis Victor de Broglie (1892-1987) [2] [3]

3) Heisenbergův princip neurčitosti - není možné určit příští polohu mikročástice, náraz 1 fotonu na mikročástici změní její pohyb, po nárazu fotonu s co nejmenší energií (největší vlnovou délkou) dokážeme odhadnout, kde bude částice v dalším okamžiku po nárazu, ale nevíme, kde je teď, pokud použijeme foton s největší energií (nejmenší vlnovou délkou), tak dokážeme určit, kde je mikročástice (elektron) v tomto okamžiku, ale nevíme, kde bude po nárazu [4] Werner Karl Heisenberg

DOC.ING.IVAN ŠTOLL,CSC. - Fyzika (pro netechnické obory SOŠ a SOU) Použité zdroje: SVOBODA, Emanuel aj. Přehled středoškolské fyziky. 4. upravené vydání. Praha: Prometheus, 2006. 515 s. ISBN 80-7196-307-0. DOC.ING.IVAN ŠTOLL,CSC. - Fyzika (pro netechnické obory SOŠ a SOU) Prometheus 2007, 260 s. ISBN 978-80-7196-223-6 učebnice s doložkou MŠMT čj.1 527/07-23 ze dne 2.4.2007 AKADEMIK VLADIMÍR HAJKO, PROF.RNDR.JURAJ DANIEL-SZABO, CSC. - Základy fyziky VEDA 1983 (Bratislava) Použité obrázky: [1] Ervin Schrödinger , Max Born- [online]. 3. 9. 2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný na http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/26/Erwin_Schr%C3%B6dinger.jpg, http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f7/Max_Born.jpg/465px-Max_Born.jpg [2] Luis Victor de Broglie , online]. 3. 9. 2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný na http://www.aetherwavetheory.info/images/physics/fluids/surface/hydrophobic/I12-20-surfacetension.jpg, [3] pokus se dvěma štěrbinami[[online]. 3. 9. 2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný na http://www.aldebaran.cz/bulletin/2009_33/slits.gif [4] Werner Karl Heisenberg [online]. 3. 9. 2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný na http://1.bp.blogspot.com/_IPV9zuUq13M/TEh6_AzaEiI/AAAAAAAAA70/e6QMjrNtJK0/s320/3870173.jpg