Dvouštěrbinový experiment

Slides:



Advertisements
Podobné prezentace
Mechanické vlnění Adrian Marek.
Advertisements

Vlnová optika Podmínky používání prezentace © RNDr. Jiří Kocourek 2013
Interference a difrakce
Co to je STR? STR je fyzikální teorie publikovaná r Albertem Einsteinem Nahrazuje Newtonovy představy o prostoru a čase Nazývá se speciální, protože.
Základy Optiky Fyzika Mikrosvěta
Vlnění © Petr Špína 2011 VY_32_INOVACE_B2 - 15
Nové modulové výukové a inovativní programy - zvýšení kvality ve vzdělávání Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem.
Shrnutí z minula vazebné a nevazebné příspěvky výpočetní problém PBC
Optika Co je světlo ? Laser – vlastnosti a využití Josef Štěpánek
FYZIKA PRO IV. ROČNÍK GYMNÁZIA - OPTIKA
Odraz a lom na rovinném rozhraní Změna fáze a vlnové délky na rozhraní
Kvantová fyzika hanah.
Elektromagnetické vlnění
Vlny a částice Podmínky používání prezentace
Interference světla Optika patří mezi nejstarší části fyziky – byla známu už ve starověkém Řecku. V 17. století se začaly rozvíjet dvě teorie o šíření.
KEE/SOES 6. přednáška Fotoelektrický jev
Elektromagnetické spektrum
Vlnová optika II Zdeněk Kubiš, 8. A.
Jitka Prokšová OPTZ,S úvodní přednáška
Název školyIntegrovaná střední škola technická, Vysoké Mýto, Mládežnická 380 Číslo a název projektuCZ.1.07/1.5.00/ Inovace vzdělávacích metod EU.
Gymnázium a Střední odborná škola, Lužická 423, Jaroměř Název: Test – vlnové vlastnosti světla Autor: Mgr. Miloš Boháč © 2012 VY_32_INOVACE_6C-17.
1. ÚVOD DO GEOMETRICKÉ OPTIKY
18. Vlnové vlastnosti světla
Elektromagnetické záření a vlnění
Integrovaná střední škola, Hlaváčkovo nám. 673,
Kvantové vlastnosti a popis atomu
Ohyb světla, Polarizace světla
37. Elekromagnetické vlny
Střední odborné učiliště Liběchov Boží Voda Liběchov Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Šablona: Fotoelektrický jev Předmět:
Optika.
Elektromagnetické záření
OHYB VLNĚNÍ.
Homogenní elektrostatické pole
FYZIKA PRO IV. ROČNÍK GYMNÁZIA - OPTIKA
Vypracoval: Karel Koudela
Název školyIntegrovaná střední škola technická, Vysoké Mýto, Mládežnická 380 Číslo a název projektuCZ.1.07/1.5.00/ Inovace vzdělávacích metod EU.
38. Optika – úvod a geometrická optika I
Odraz a lom na rovinném rozhraní Změna fáze a vlnové délky na rozhraní
Vlny Přenos informace? HRW kap. 17, 18.
Elektromagnetické záření
INTERFERENCE VLNĚNÍ.
FYZIKA PRO IV. ROČNÍK GYMNÁZIA - OPTIKA
Měkké rentgenové záření a jeho uplatnění
Modelování elektronového děla Matěj Petr, František Čech Gymnázium J. Seiferta Sexta Cesta k vědě Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší.
Počátky kvantové mechaniky
Dvouštěrbinový experiment
Relativistický pohyb tělesa
Vybrané kapitoly z fyziky Radiologická fyzika
Kvantová fyzika: Vlny a částice Atomy Pevné látky Jaderná fyzika.
Dualismus vln a částic , 2012 Jan Hevera Jan Horáček
Difrakce elektronů v krystalech, zobrazení atomů
Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ Název školyGymnázium, Soběslav, Dr. Edvarda Beneše 449/II Kód materiáluVY_32_INOVACE_41_05 Název materiáluFotoelektrický.
VLNOVÉ VLASTNOSTI ČÁSTIC. Foton foton = kvantum elmag. záření vlnové a zároveň částicové vlastnosti mimo představy klasické makroskopické fyziky Louis.
Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Evropský sociální fond Gymnázium, Praha 10, Voděradská 2 Projekt OBZORY.
Částicový charakter světla
Světlo jako elektromagnetické vlnění
FOTON.
Kmity, vlny, akustika Část II - Vlny Pavel Kratochvíl Plzeň, ZS.
DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL
DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL
Financováno z ESF a státního rozpočtu ČR.
Mechanické vlnění Mgr. Kamil Kučera.
SŠ-COPT Uherský Brod Mgr. Jordánová Marcela 14. Mechanické vlnění
Karel Jára Barbora Máková
Fotoelektrický jev Viktor Šťastný, 4. B.
Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ Číslo materiálu
Kvantová fyzika.
Světlo Jan Rambousek jp7nz-JMInM.
MECHANICKÉ VLNĚNÍ.
Autor: Petr Kindelmann Název materiálu: Heinrich Rudolf Hertz
Transkript prezentace:

Dvouštěrbinový experiment Daniel Sýkora Ondřej Cigáník Matěj Petr František Čech Jan Čepila Michal Petráň Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Historie

Historie - teoretici Huygens – „Traktát o světle“ (1678) Světlo je vlnění a každý bod vlnoplochy je zdrojem dalších vlnoploch Newton – „Optika“ (1704) Světlo jsou částice, které se pohybují vysokou rychlostí Christaan Huygens - 1678 Holandský fyzik publikoval Traktát o světle. Huygens předpokládal, že se světlo šíří v mimořádně pružném prostředí, éteru, konečnou rychlostí. Mechanismus šíření vln se dnes nazývá Huygensův princip. Každý bod vlnoplochy je zdrojem dalších vlnoploch. Newton - tak přišel s vlastní, korpuskulární teorií. Svojí teorii uveřejnil v roce 1704 ve své práci nazvané Optika. Zvažoval zde, že je světlo tvořeno tenkými korpuskulemi (částicemi), které se pohybují vysokou rychlostí. Ve své době vědci uznávali spíše Newtonovu verzi. Thomas Young -Zasloužil se o to britský fyzik Thomas Young. Teprve v roce 1801 se podařilo prokázat, že světlo je vlnění. 3

Historie - praxe Youngův experiment (1801) Fotoelektrický jev Thomas Young Světlo je vlnění Fotoelektrický jev Prvně pozorován Heinrichem Hertzem (1887) Pokus vysvětlen Einsteinem (1905) Elektrony jsou vyzařovány z látky v důsledku absorpce elektromagnetického záření V roce 1801 Thomas Young za pomocí svého experimentu prokázal, že světlo je vlnění. Heinrich Hertz pozoroval fotoelektrický jev – elektrony jsou uvolňovány z kovu, když je ozařován elektromagnetickou vlnou. Einstein pak vysvětlil fotoelektrický jev, když popsal, že je světlo složené z oddělených kvant, nazvaných fotony. Takže světlo se chová jako vlna i částice. Za svůj objev získal Einstein později Nobelovku (1921). Už před Einsteinovým vysvětlením fotoelektrického jevu přišel Max Planck s podobnou myšlenkou, která říkala, že elektromagnetické záření není spojitá vlna, ale že se skládá z malých částí energie, kvant, což jsou fotony, které popsal Einstein. Louis de Broglie -1924 formuloval hypotézu, že částice lze popsat vlnovou délkou o velikosti: λ=h/p , kde h je Planckova konstanta a p je hybnost částice. Znamená to, že částici můžeme popsat vlnovými vlastnostmi a naopak. Každá částice se může projevovat jako vlnění. 4

Historie - sjednocení Částicově-vlnový dualismus Louis de Broglie Jakékoliv částici lze za určitých okolností připsat vlnové vlastnosti (vlnovou délku) Planckova konstanta Vlnová délka Hybnost částice

Teorie 6

Princip

Vlnově-částicový dualismus Elektron prochází dvouštěrbinou a je detekován na stínítku. Pokud je elektron částice, tak by prošel jednou štěrbinou a po několikanásobném opakování by se na stínítku zobrazily dva pruhy odpovídající tvaru dvouštěrbiny. Ale jestliže je elektron vlna, tak by po projití dvouštěrbinou interferovala a vytvořila by interferenční obrazec na stínítku. Podle kvantové mechaniky pokud detekujeme kterou štěrbinou elektron prochází, tak dojde ke zhroucení jeho vlnové funkce a projde pouze jednou štěrbinou jako klasická částice. Ale pokud detekujeme výsledný obrazec na stínítku, tak elektron projde oběma štěrbinami najednou a chová se jako vlna. 8

Interference K čemu dochází Podmínky Sčítání a odčítání maxim „vrchol“ + „vrchol“ = „vysvícený bod“ „Vrchol“ + „údolí“ = „nevysvícený bod“ Podmínky Koherentní vlny Stejná frekvence Stejný směr kmitání Stejná fáze vlny

Interferenční oblast Výpočet vzdálenosti maxim ϕ d λ L h Násobek vlnové délky Rozdíl v „cestě“ světla na stínítko musí být násobek vlnové délky, jinak se nezobrazí maximum. Lambda – vlnová délka, n – řád maxima, d – vzdálenost mezi štěrbinami, L – vzdálenost mezi štěrbinami a středem stínítka, h – vzdálenost mezi maximy Vzdálenost mezi štěrbinami Vzdálenost mezi maximy Vzdálenost mezi štěrbinou a stínítkem 10

Výpočty

Simulace Simion 8 je software, který vypočítává, navrhuje a simuluje elektromagnetická pole. Tento program používáme k zjištění optimálního napětí na elektrodách a dvouštěrbině. Potřebujeme navrhnout napětí, tak aby na štěrbinu dopadal urychlený a fokusovaný svazek. Na štěrbině potřebujeme nastavit napětí, tak aby se svazek znovu fokusoval přesně na stínítku. K urychlení elektronů použijeme napětí o velikosti 2kV. Na fokusaci napětí 600 V. Na štěrbině použijeme řádově menší, záporné napětí.

Simion - screeny

Simion - screeny

Simion - screeny

Experiment Fáze Konstrukce

Fáze

Konstrukce Zdroj Detektor

Aparatura

Zdroj elektronů - dělo Elektronové dělo Wolframové vlákno Jako zdroj nám použil osciloskop ze staré TV, z něhož jsme vzali elektronové dělo a luminoforovou vrstvu na kterou jsme zamířili proud elektronů. Dělo se skládá ze dvou částí – wolframového vlákna, které emituje elektrony a ze tří elektrod. Není důležité jaké napětí přijde na wolframové vlákno, ale záleží na napětí, které použijeme na elektrody. Elektrody připojíme na určité napětí, které jsme si vypočítali, abychom věděli kam máme umístit luminoforové stínítko. Protože potřebujeme, aby elektrony překonaly velkou vzdálenost, tak musíme umístit celou aparaturu do vakuové komory. Ve vakuu je pro elektrony snazší doletět dál, protože nemůžou interagovat s jinými částicemi.

Zdroj elektronů - dělo

Dělo

Dvouštěrbina Problém: Nelze vyrobit mechanicky e Elektrostatická 23

Konstrukce dvouštěrbiny Elektrostatická Dráty izolované v igelitu Izolace Udržení rozestupů Pro zkrácení vzdálenosti mezi štěrbinou a detektorem byla nepárová elektroda posunuta

Dvouštěrbina

Detektor Obrazovka z osciloskopu Načítání informací Luminoforová vrstva Načítání informací Webkamera

Detektor

Rivalita

Detektor

Závěr Seznámení se základy kvantové teorie Práce s vakuovou aparaturou Práce v mechanické dílně Práce s programem Simion (simulace chování částic) Hraní si s Merkurem 

Děkujeme za pozornost

Reference http://utf.mff.cuni.cz/~podolsky/Kvant/Dvoj ster.htm Wikipedia.org Apra collaboration - Dvojšterbinový Experiment Conceptual Design Report