Лекция

Лекция Лекция по Квантовой физике

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-29

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 11.11.2024




1.1.Предмет классической физики: вещество и излучение. Описание эволюции физических систем происходит с помощью “динамических переменных”. Для систем с материальной точкой динамические переменные – r(t), p (t); в ДСК: x(t), y(t), z(t); px(t), py(t), pz(t). С помощью динамических переменных определяется динамическое состояние физической системы в некоторый момент времени. Определить динамическое состояние системы в некоторый момент времени это значит определить в этот момент времени значение стольких динамических переменных, что значения всех динамических переменных в последующие моменты времени можно предсказать однозначно. В классической физике постулируется, что эволюция физической системы полностью задана, если известно ее динамическое состояние в некоторый момент времени. Математически это основная аксиома классической физики, заключается в том, что динамические переменные как функции времени удовлетворяют некоторым ДУ. Тогда классическая физика включает в себя: а)определение динамических переменных в некоторый начальный момент времени; б)установление уравнений движения для этих динамических переменных.

r(t0)=r0, v(t0)=d r(t0)/dt= v0 – задача Коши для ДУ 2-го порядка. Если физическая система состоит из многих частиц, то

m(d2r(t)/dt2)= F(r,v) необходимо для каждой частицы определить динамические переменные в некоторый момент времени и соответствующие уравнения движения. Тогда эволюция этой системы может быть предсказана однозначно. В классической физике постулируется: 1)динамические переменные определяются из экспериментов с абсолютной точностью и полнотой – нет принципиальных ограничений на точность вычисления; 2)динамические переменные описываются гладкими функциями, это означает, что состояние рассматриваемой системы изменяется непрерывным образом без скачков. Тогда основной задачей классической физики будет являться задача нахождения уравнения движения, которое и будет описывать временную эволюцию рассматриваемой системы. Далее в классической физике было установлено, что существует два типа физических объектов: 1)вещество; 2)излучение. (1) Вещество состоит из корпускул (материальных точек). Состояние каждой корпускулы определяется координатой и импульсом, а временная эволюция описывается уравнением движения в форме Ньютона или Эйнштейна. m(d2r(t)/dt2)=F(r,v) или m(dp(t)/dt)=F(r,v). Таким образом, зная динамические переменные вещества и уравнения движения для них, мы можем решить основную задачу классической физики: предсказать временную эволюцию физической системы, состоящей из вещества. (2) То, что в природе существует излучение, привело к введению в физику понятий физических полей. В настоящее время физика работает с 4-мя полями: 1)гравитационное (радиус действия RД=∞); 2)электромагнитное (RД=∞); 3)сильное (RД≤10-15); 4)слабое (RД≤10-18). Электромагнитное поле – это волновой процесс, который характеризуется длиной волны λ и частотой V изменения амплитуды электромагнитной волны. Электромагнитное поле описывается системой уравнений Максвелла, из которых можно найти закон изменения амплитуд электромагнитной и магнитной составляющей соответствующей волны как с течением времени так и в пространстве.

E(r,t)=E0ּexp[2πi((rּn/λ)–Vּt)]; B(r,t)=B0ּexp[2πi((rּn/λ)–Vּt)], n-единичный вектор, |n|=1,n|| v. E=F/q; E(r,t)=Re{E0ּexp[2πi((rּn/λ)–Vּt)]}=E0cos[2π((rּn/λ)–Vּt)], V-линейная частота. Введем ω=2πV-угловая частота и k=2πn/λ-волновой вектор, k=2π/λ-волнове число, тогда: E(r,t)= E0ּexp[–i(ωt–kּr)]; Re{E(r,t)}=E0costkּr). Для описания динамического состояния электромагнитной волны в некотором замкнутом пространстве необходимо задать E(r,t) и B(r,t) в каждой точке пространства в некоторый момент времени, т. е. Всего бесконечное число динамических переменных. К этим динамическим переменным необходимо добавить систему уравнений Максвелла. Тогда мы сможем описать временную эволюцию электромагнитного излучения. Отличие излучения от вещества заключается в: 1)для излучения нельзя ввести понятие корпускулы (частицы); 2)динамическое состояние излучения определяется бесконечным числом динамических переменных; 3)для излучения существуют явления, которых нет для вещества и которые полностью обусловлены свойствами излучения. Эти явления интерференции и дифракции. Интерференция. Сложение двух или нескольких электромагнитных волн, в результате которого в некоторых точках пространства наблюдается усиление, а в некотором – ослабление, результирующей волны. Суть опыта Юнга: J(x)-интенсивность, max:dּsin=nּ, min:dּsin=(n+1/2)ּ, где n=0,1,2,3,…. Дифракцией называется любое отклонение света от прямоугольного луча. min:dּsin=nּ, где n=0,1,2,3,…. Выводы: 1)Существует 2 категории объектов и явлений, а следовательно и 2 теории их объясняющие, обусловленные существованием вещества и излучения; 2)Состояние физической системы определяется совокупностью динамических переменных, а ее временная эволюция описывается системой ДУ; 3)Динамические переменные определяются абсолютно точно и однозначно из экспериментов и выражаются гладкими функциями, что означает непрерывность процесса или явления или перехода из одного состояния в другое. Уравнение движения (ДУ) устанавливается на основе обобщения опытных данных.

1.2.Гипотеза Планка. 1)Проблема излучения абсолютно черного тела. 2)Проблема фотоэффекта. 3)Проблема стабильности и свойств атома. (1) Абсолютно черным телом называется тело, которое поглощает падающее на него электромагнитное излучение всех длин волн. Пример: Свет заходит в шар, отражается там, но не выходит, поэтому отверстие – абсолютно черное пятно. Для абсолютно черного тела существует равновесие между поглощенным и излученным электромагнитным излучением. Планк ввел чуждую классической физике гипотезу, согласно которой свет излучается и поглощается веществом не непрерывным образом, а путемм дискретных неделимых порций энергии, которое он назвал квантами энергии. E=hּV, [h]=Джּс или эргрּс, h-постоянная Планка, квант действия. h=6,626ּ10-27 эргּс. Момент импульса L=rּp, [L]=кгּм2/с. [h]=Джּс=кгּ22)ּс=кгּм2/с. с=3ּ108м/с – определяет скорость распространения электромагнитных волн. v<<c – механика Ньютона (m=const, mּdv/dt=F); cv (механику Ньютона применить нельзя) – механика Эйнштейна (m=m0/[1-(v2/c2)]1/2, dp/dt=F). Скорость света определяет максимальную скорость передачи информации. Всю классическую механику делят на 2 области: L>>h-классическая физика; Lh-квантовая физика. Пример: Пусть тело массой m=1г=10-3кг и оно движется по окружности r=10-1м со скоростью v=10м/с. L=10-1мּ10-3кгּ10м/с=10-3Джּс>>h-классическая физика. Тот же, но me=0,9ּ10-30кг, v105м/с, r=10-10м. L=10-10ּ0,9ּ10-30ּ105=0.9ּ10-3510-35h. Постоянная Планка делит всю физику на классическую и на квантовую.

1.3.Фотоэлектрический эффект. Суть фотоэффекта заключается в вырывании электронов из вещества под действием электромагнитного излучения и в частности света. Схематически фотоэффект можно представить: (см рис). Основные законы фотоэффекта: 1)величина фототока Jф будет прямопропорциональна интенсивности падающего света; 2)Jф0 только при частоте падающего света ω>ω0, где ω0-красная граница фотоэффекта; 3)кинетическая энергия электрона ТЭЛ=mv2/2 не зависит от интенсивности падающего света; 4)ТЭЛ пропорциональна ω. F=qּE; mּdv/dt=ℓּE0ּcosωt; mv=-[ℓּE0/ω]sinωt; v=-[ℓּE0/mω]ּ sinωt; mv2/2=1/2[ℓּE0/mω]ּsinωt – противоречие (т.е. 3) с помощью классической физики объяснить нельзя. Эйнщтейн расширил гипотезу Планка и предложил рассматривать электромагнитное излучение как поток новых частиц, движущихся со скоростью света и имеющих энергию, которая определяется формулой Планка E=hּV. Эти частицы впоследствии стали называть фотонами. Тогда фотоэффект Эйнштейн предложил рассматривать как явление абсолютно неупругого столкновения фотона с электроном вещества, в результате которого электрон полностью поглощает фотон и его энергию и мог вылететь из вещества. Затем закон сохранения энергии для абсолютно неупругого столкновения фотона и электрона после столкновения вне вещества. E=hּVּ2π/2π=[h/2π]ω=ħω. ħ=h/2π-постоянная Планка-Дирака. ħ=1,052ּ10-34Джּс. Закон сохранения энергии: ħω(до взаимодействия)=[mv2/2]+АВЫХ(электрон выходя из вещества расходует свою энергию на работу выхода);

1. Курсовая на тему Разработка технологического процесса сборки Штампа
2. Сочинение на тему Грибоедов а. с. - Достойна ли софья любви чацкого
3. Реферат Учет затрат на предприятии общественного питания
4. Реферат Любовь в лирике Блока
5. Реферат на тему Versilles Treaty Essay Research Paper The Treaty
6. Реферат Пахнет ли роза, если ее никто не нюхает
7. Реферат Трудоустройство
8. Биография на тему Фаллада Ганс
9. Реферат на тему Религии основной массы индейского населения
10. Реферат Изображение Диониса в виде козла и быка