29. Kvantová fyzika

Prírodné vedy » Fyzika

Autor: Dievča ursula (17)
Typ práce: Maturita
Dátum: 03.06.2019
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 1 113 slov
Počet zobrazení: 116
Tlačení: 16
Uložení: 16

29. Kvantová fyzika

  • sa zakladá na Planckových a Einsteinových teóriach a hovorí, že všetky procesy sa dejú po maličkých krokoch => všetky fyzikálne veličiny narastajú o malé hodnoty, ktoré nazývamé kvantá
  • začala sa rozvíjať v 20 storočí
  • využitie poznatkov – vedomosti o materiáloch – polovodičoch => tranzistory

- interakcia žiarenia a hmoty => lasery

- rádiové vlnenie a jadro => magnetická rezonancia

- rádioaktivita a správanie sa jadier => jadrová energia

- vlnové vlastnosti častíc => elektronový mikroskop

- GPS

  • žiarenie absolútneho čierneho telesa – teleso, ktoré dokonale pohlcuje všetko dopadajúce žiarenie

- žiarenie tohto telesa nevedela klasická fyzika vysvetliť, vysvetlil ho až Planck v roku 1900 – predpokladal, že steny čierneho telesa môžu prijať a zároveň vysielať žiarenie s frekvenciou len po určitých dávkach energie = kvantách energie

E = h . f

  • h – Planckova konštanta = 6,26 . 10 -34 J . s
  • sám Planck tomuto predpokladu neveril, až kým naň v roku 1905 nenadviazal Einstein, ktorý vysvetlil fotoelektrický jav => nobelová cena za fyziku
  • fotoelektrický jav – záporne nabitá platňa sa pri dopade elektromagnetického žiarenia vybíja, kladne nabitá sa nevybíja => dopadajúce žiarenie dodá elektrónom energiu a tým ich uvoľňuje z kovu
  • uvoľňovanie elektrónov závisí od frekvencie dopadajúceho žiarenia – elektróny sa uvoľňujú až od určitej hraničnej frekvencie f 0
  • tento jav klasická fyzika nevedela vysvetliť, vysvetlil ho až Einstein na základe Planckovej teórie
  • vysvetlenie : dopadajúce žiarenie je súbor svetelných kvánt s energiou E = h . f => fotóny
  • fotón odovzdá energiu elektrónu časť z nej sa spotrebuje na uvoľnenie elektrónu z atómu => výstupná práca W V a zvyšná časť sa spotrebuje na kinetickú energiu E k 

E k = W V + ½ m e . v 2 

1) ak je frekvencia dopadajúceho žiarenia menšia ako f 0 , potom energia žiarenia je menšia ako výstupná práca => fotoelektrický jav nenastane

2) ak dopadajúce žiarenie s hraničnou frekvenciou f 0 energia žiarenia sa rovná práve výstupnej práci => nastáva vnútorný fotoelektrický jav ( elektróny sa uvoľnia z atómov, ale nie z látky)

3) ak je frekvencia väčšia ako f 0 energia žiarenia zostáva aj na kinetickú energiu elektrónov => nastáva vonkajší fotoelektrický jav, elektróny sa uvoľnia nielen z atómov, ale aj z látky

  • žiarenie s hraničnou frekvenciou f 0 má vlnovú dĺžku λ 0 = c / f 0
  • vnútorný fotoelektrický jav – žiarenie dopadá na polovodič a uvolní elektróny z atómov

- v polovodičoch vznikajú páry – voľný elektrón diera

  • vonkajší fotoelektrický jav – žiarenie dopadá na katódu, z ktorej uvoľňuje elektróny => obvodom prechádza elektrický prúd
  • využitie : otváracie dvere, fotosenzor, slnečné batérie na družiciach, televízne kamery a kopírky
  • zhrnutie : 1) elektróny sú uvoľňované ihneď po dopade žiarenia

2) fotoelektrický jav vyvolá len žiarenie s frekvenciou väčšou ako f 0

3) energia uvolnených elektrónov závisí od frekvencie dopadajúceho žiarenia

4) množstvo uvolnených elektrónov závisí od intenzity dopadajúceho žiarenia

  • fotóny – častice elektromagnetického žiarenia, ktoré existujú len pri rýchlosti svetla

- majú energiu E = h . f

  • Comptonov jav – ďalší jav dokazujúci, že elektromagnetické vlnenie sa skladá z fotónov

- na tenkú doštičku z grafitu dopadá úzky zväzok RTG žiarenia a po prechode touto doštičkou sa mení smer jeho šírenia


  • najskôr sa tento jav pokladal za ohyb vlnenia, tým sa ale nevysvetlila zmena vlnovej dĺžky, Compton využil Planckovu teóriu na vysvetlenie tohto javu : dopadajúce žiarenie sa skladá z fotónov s E = h . f , tieto interagujú s elektrónmi v doštičke, odovzdajú im časť svojej energie => zmenší sa ich frekvencia => zväčší sa vlnová dĺžka

E < E 0 => h . f < h . f 0 => λ > λ 0

  • žiarenie je fyzikálny jav, ktorý má za určitých podmienok vlnové vlastnosti (dôkazom je interferencia) a za určitých podmienok vlastnosti častíc( dôkazom je fotoelektrický alebo Comptonov jav) => dualizmus
  • rovnako aj elektróny urýchlené na rýchlosť svetla sa tiež správajú ako vlny => tiež majú dualizmus ak takýto elektrón dopadá na dvojštrbinu na tienidle pozorujeme interferenciu
  • objav atómového jadra atóm – zaviedli starogrécky filozofi

- najmenšia stavebná častica látok

Dalton – chemicky ďalej nedeliteľná častica

Thompson – objavil elektrón => atóm sa skladá z kladného náboja, ktorý je rozmiestnený v celom V => pudingový model

  • Rutherford – objavil atómové jadro, α časticami ostreľoval tenkú zlatú fóliu očakával, že α častice sa od pôvodného smeru odchýlia len málo

  • elektróny sú oproti α časticiam oveľa menšie => pôsobenie elektrónov na α častice je zanedbateľné
  • v skutočnosti zistil, že odchýlky α častíc od pôvodného smeru sú veľmi veľké (aj väčšie ako 90 °)
  • planetárny model – objav atómového jadra na základe, ktorého sa fyzika rozdelila na 2 časti : 1) kvantovú – elektrický obal

 2) jadrovú – atómové jadro

  • Bohr – doplnil planetárny model o dve pravidlá :

1) atóm sa môže nachádzať len v určitých kvantových stavoch, z ktorých každý má presne určenú hodnotu energie

  • najnižšia hladina, v ktorej sa môže atóm nachádzať sa nazýva základný stav, hladiny s vyššou energiou – excitované (vzbudené)
  • energetické stavy majú záporné hodnoty E lebo na pritiahnutie atómu z nekonečna sa E spotrebúva v ∞ je E = 0

2) pri prechode atómu zo stavu s vyššou E n do stavu s nižšou E m vysiela atóm žiarenie s frekvenciou f n m : E = E n – E m = h . ( f n m )

  • tento postulát vyjadruje zákon zachovania energie frekvencii f n m zodpovedá vlnová dĺžka

λ n m = c / R n m => čiarový charakter spektra

  • ak chceme naopak dostať atóm do vyššieho energetického stavu musíme mu energiu dodať vo forme fotónu s frekvenciou f n m
  • prechod medzi energetickými stavmi sa deje skokom
  • interakcia žiarenia a atómu :
  • 1) atóm je v základom stave, dopadá naň fotón, žiarenie s frekvenciou f , atóm pohltí fotón, fotón zanikne a atóm sa dostáva do excitného stavu - absorbcia


E 1 – E 0 = h . f

  • 2) atóm je vo vzbudenom stave, kde môže existovať len krátky čas, preto po chvíli padá do základného stavu pričom vyžiari fotón s frekvenciou f – spontánna emisia


E 1 – E 0 = h . f

  • rôzne vyžiarené fotóny nie sú koherentné
  • 3) atóm je v excitovanom stave, dopadne naňho fotón s frekvenciou f, ktorá ho zhodí do základného stavu, pričom sa vyžiari energia vo forme ďalšieho fotónu, ktorý je presnou kópiou toho prvého ( oba fotóny sú koherentné) – stimulovaná emisia

  • využívajú ju lasery
  • laser – Light amplificacion by stimulated emission of radiation

- zosilnenie svetla stimulovanou emisiou žiarenia

- zariadenie, ktoré uvoľňuje nahromadenú energiu ako energiu svetelného lúča monofrekvenčného žiarenia

- kryštál rubínu plus prímesy chrómu

- pri dopade fotónov s vhodnou energiou prechádzajú atómy chrómu zo základnej hladiny na excitované energie odkiaľ po chvíli padajú na tzv. Metastabilnú hladinu energie, kde môžu zostať 1000 krát dlhšie ako na excitovaných hladinách a pri dopade jedného fotónu dochádza k stimulovanej emisii => znásobí sa počet fotónov => zosilní sa počet fotónov => zosilní sa svetlo

Učebný materiál si môžeš pozrieť v dokumente PDF kliknutím na nasledujúci odkaz:
Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 (10-najlepšie, priemer: 0)

:: Prihlásenie



Založiť nové konto Pridať nový referát

Odporúčame

Prírodné vedy » Fyzika

:: KATEGÓRIE - Referáty, ťaháky, maturita:

0.019