Vlnové vlastnosti částic

Prezentace na téma: "Vlnové vlastnosti částic"— Transkript prezentace:

1 Vlnové vlastnosti částic

2 Fantastická hypotéza Luis de Brogli 1924
Jestliže se foton – kvantum elektromagnetického vlnění – chová jako částice, proč by ostatní objekty mikrosvěta (elektrony, atomová jádra, atomy, molekuly... neměly projevovat vlnové vlastnosti? V době svého vzniku se neopírala o žádné experimenty. Co má být podstatou de Brogliových vln?

3 De Brogliova vlna spojuje volně (rovnoměrně přímočaře) se pohybující částici o energii E a hybnosti p s postupnou rovinnou vlnou o frekvenci f a vlnové délce 

4 Vlnové délky některých objektů
tabulka Difrakce je pozorovatelná, je-li charakteristický rozměr soustav srovnatelný s vlnovou délkou

5 Experimentální potvrzení
Davissonův – Germerův pokus (1927) difrakce elektronů urychlených el. polem na prostorové mřížce niklu vznik interferenčního obrazce

6 Částice pohybující se omezeně v prostoru a v čase
částice v krystalech, atomech a jádrech pohyb popisuje vlnová funkce (x,y,z,t) umožňuje určit s jakou pravděpodobností se částice nachází v daném okamžiku na daném místě – hustota pravděpodobnosti

7 Pohyb částic v mikrosvětě
nelze ho popsat jako pohyb těles určitou rychlostí po určité trajektorii má náhodný pravděpodobnostní charakter nelze si ho představit podle našich zkušeností s makrosvětem

8 Tunelový jev vlna ohybem proniká za překážku
částice proniká bariérou aniž by měla dostatečnou energii emise elektronů z kovu v el. poli i když jejich energie je nižší než potřebná výstupní práce  záření polovodičové prvky V kvantové fyzice neplatí, že „hlavou zeď neprorazíš“. Budete-li se o to pokoušet 1020 krát , můžete proniknout na druhou stranu zdi.

9 Využití vlnového chování částic
elektronové a iontové mikroskopy studium vlastností krystalů

10 Příklady Určete délku délku de Brogliovy vlny molekuly vodíku za pokojové teploty (o rychlosti v = m.s-1). Určete délku de Brogliovy vlny elektronu urychleného napětím 100 kV 100 GV.

11 Kvantování energie chování částice v omezené části prostoru (př. vázané v atomu) je analogické kmitání struny částice může mít jen určitou energii, nacházet se na určité energetické hladině (struna může kmitat jen s určitými frekvencemi)

12 Kvantové stavy základní stav – částice má nejmenší energii (kvantové číslo n =1) vyšší energetické hladiny - vzbuzené (excitované) stavy (kvantové číslo n > 1) částice v určitém stavu neztrácí energii, zůstává na stejné energetické hladině – kvantový stacionární stav

13 Změna energie částice skokem z jednoho kvantového stavu do druhého
v vyššího na nižší – energii vyzáří z nižšího na vyšší – energii pohltí předávání energie zářením při srážkách

14 Příklad Určete energii základního a prvního excitovaného stavu elektronu, který je omezen na pohyb podél úsečky o délce L odpovídající rozměrům atomu L = m.

15 Heisenbergerovy relace neurčitosti
čím je ve neurčitost x souřadnice polohy v níž se částice nachází, tím přesněji, tzn. s menší neurčitostí p bude možné určit její hybnost a tedy i směr , kterým se pohybuje a její kinetickou energii