25 емтихан билеті бірінші, екінші және үшінші космостық жылдамдықтар. Планеталар қозғалысы, Кеплер заңдары

жүктеу 0,49 Mb.

бет	11/20
Дата	23.05.2020
өлшемі	0,49 Mb.
	#30623

1 ... 7 8 9 10 11 12 13 14 ... 20

неразрезной гос каз

Физикадан оқу сабақтарын ұйымдастырудың түрлері.

Жарық ағыны зат арқылы өткенде, оның энергиясының бір бөлігі ортаның атомдары немесе молекуларын қоздыруға жұмсалады, нәтижесінде жарық энергиясы азаяды. Бұл құбылысты жарықтың жұтылуы деп атайды, шын мәнінде жарықтың жұтылыу деп жарық сәулесінің бір ортамен тарау барысында жарық энергиясының энергияның басқа түріне ауысуы нәтижесінде жарық интенсивтілігінің төмендеуін атайды. Жарық шығару себебі жылулық құбылысқа жатпайтын, кез келген температурада байқалатын жарық түрін люминесценция деп атайды. Көру аймағында жататын жылулық жарықтар 103 -104 К температудан басталады. Сол себепті люминесценция жарығын «суық жарық» деп те атайды. Люминесценция жарығының пайда болу себептерінің бірі ретінде, дене молекуласын қоздыратын сыртқы жарық көзінің әсерін атайды. Мұндай жарық көздеріне көрінетін сәуле, ультракүлгін сәулесі, рентген т.б. сәулелер жатады. Денеге әсер етуші сәуле өз әсерін тоқтатқан мезгілде люминесценция құбылысы бірден тоқтамайды, ол біраз уақыт сәулененуін жалғастыра береді, люминесценция құбылысын сәуленің шағылуы мен шашыру құбылысынан ерекшелелігі осында.
Жұтылған энергиясын люминесценттік жарық шығаруға жұмсайтын заттарды люминофорлар деп атайды. Кристалл атомдарының, молекулаларының қозығу нәтижесінде кванттық орын ауыстыруы дененің люминестенттік жарық шығаруының басты себебі. Дене атомдарын, молекулаларын қоздыру себептеріне байланысты люминесценция мынадай түрлерге бөлінеді: Фотолюминесценция- жарық (көрінетін сәуленің қысқа аймағы, УК сәуле) әсерінен атомдардың қозуы нәтижесінде пайда болады; Рентгенолюминесценция- рентген және гамма сәулелері әсерінен атомдардың қозуы нәтижесінде пайда болады (рентген аппаратының экраны, радиация индикаторлары); Катодолюминесценция- электрондар ағыны әсерінен атомдардың қозуы нәтижесінде пайда болады (кинескоп, осциллограф, монитор);

Электролюминесценция- электр өрісі әсерінен атомдардың қозуы кезінде пайда болады(электр разрядымен газ молеккласын қоздыру-газ разрядты лампа);

Хемилюминесценция- химиялық реакция әсерінен молекулалардың қозуы кезінде пайда болады;Биолюминесценция - биохимиялық реакциялар әсерінен биологиялық жүйенің қозуы кезінде пайда болады; Сонолюминесценция - ультрадыбыс әсерінен атомдардың қозу кезінде пайда болады. Жоғарыда атап өткендей, люминесценция құбылысы сыртқы әсер тоқталса да жалғаса береді, қалдық сәулелену ұзақтығына байланысты люминесценция: флуоресценция және фосфоресценция деген түрлерге бөлінеді: Флуоресценцияда қалдық сәулелену ұзақтығы 10-9 – 10-8 с.

Фосфоресценцияда сәулелену ұзақтығы 10-4 – 104 с.

Енді люминесценцияның кей түрлерінің пайда болу механизімін талдайық.
1) Фотолюминесценция құбылысы жиілігі n жарықтың фотондарының зат атомдарын немесе молекулаларын қоздыру нәтижесінде байқалады. Нәтижесінде, зат атомы қозбаған негізгі энергетикалық 1 күйден, қозған 2 күйге көшеді, ары қарай процесс 3 түрлі жолмен жүруі мүмкін.
1. Қозған күйдегі атом немесе молекула жиілігі жұтқан жарық жиілігіне nл = n фотон шығарып бұрыңғы негізгі күйге қайта келеді. Мұндай люминесценция резонансты деп аталады (5 сурет).
2. Қозған күйдегі атом немесе молекула өзін қоршаған орта атомдары немесе молекулаларымен әрекеттесіп, сәуле шығармай төмен жатқан қозған күйдегі 2/ энергетикалық деңгейге орын ауыстырады. Онан соң, ол жиілігі төмен nл < n фотон шығарып негізгі күйге көшеді. Мұндай люминесценция стоксты деп аталады (6-сурет).
3. Қозған күйдегі атом немесе молекула өзін қоршаған орта атомдары немесе молекулаларымен әрекеттесіп, жоғары энергетикалық деңгейде жатқан 3/ қозған жаңа күйге орын ауыстырады. Онан соң, ол жиілігі жоғары nл > n фотон шығарып негізгі күйге көшеді. Мұндай люминесценция антистоксты деп аталады
2.Атомның құрылымы. Резерфорд және Бор тәжірибелері

Атом бүтіндей алғанда зарядсыз, бейтарап бөлшек. Ол ортасында өзінен радиусы 104 -105 есе кіші көлемді алып жатқан оң зарядты ядродан және оны айнала қозғалып жүрген теріс зарядты электрондардан тұрады. Атом өзінің сыртқы бір немесе бірнеше электрондарын жоғалтқанда оң, ал сырттан электрон қосып алғанда теріс ионға айналады. Атомның сызықтық өлшемдері ~ 10-8 см, көлденең қимасының ауданы ~10-16 см2, көлемі ~10-24 см3. Борлық атом теориясында ең қарапайым атом – сутегі атомы. Оның радиусының дәл белгілі бір мәні бар және ол мүмкін болатын ең кіші айналу орбитасының радиусы шамасына тең: a=0.53 * 10−8 см (дәлірек, 0.52917*10-8 см). Атомның массасы, негізінен оның ядросының массасына тең және ол массалық санға (А), яғни протондар мен нейтрондардың жалпы санына (нуклондардың жалпы санына) пропорционал болып ұлғаяды. Өйткені атомдағы электронның массасы (0.91*10-20 г) бір протонның немесе нейтронның массасынан (1.67*10-24 г) 1.840 есе аз. Сондықтан атомның ауырлық орталығы ядроға дәлдей келеді. Атом массасы ядро массасымен ондағы электрондар массаларының дәл қосындысына тең емес. Олардың арасындағы айырым атомның байланыс энергиясын анықтайды. Атомның ішкі энергиясының тек дискретті (үздікті) мәндері болады. Оның ең төменгі деңгейі атомның негізгі күйі E1 (ол ең тұрақты, шексіз ұзақ өмір сүретін күйі), ал жоғарғы энергия деңгейлері қозған күйлер Еі (і=2, 3, …) деп аталады, (ол аз өмір сүреді). Қозған күйден ~10-8 сек. ішінде атом негізгі күйге ауысып отырады. Осындай ауысу кезінде атомға осы екі деңгейінің айырымына тең (hν=Eν-E1, мұндағы h – Планк тұрақтысы, ν – ұшып шыққан сәуле квантының жиілігі) сырттан энергия берілуі не шығарылуы шарт. Атом энергиясының дискретті квантталуы оның құрамындағы бөлшектердің толқындық қасиетінің болуынан. Атомның осындай қасиеттерін кванттық теория ғана толық түсіндіре алады. Бұл теория бойынша атомдағы электронның күйі 4 кванттық санмен анықталады. Олар: электрон энергиясын анықтайтын бас кванттық сан (n), атомның осындай импульс моментін анықтайтын орбиталық кванттық сан (l), ал (l)-дың берілген оське түсірілген проекциясын анықтайтын магниттік кванттық сан (m) және электронның ішкі спинін анықтайтын кванттық сан (ms). Осы 4 кванттық сан мен Паули принципі атомдағы электрондардың барлық күйлерін сипаттайды. Сонымен бірге кванттық теорияда микробөлшектердің сол 4 кванттық сан анықтайтын күйлерін толқындық функциямен (φ) өрнектейді. Ол функцияның квадраты (|φ|2) бөлшектердің кеңістік нүктелерінде болу ықтималдығын білдіреді. Кеңістіктегі электрон бұлтының тығыздығы осы ықтималдыққа пропорционал. Кванттық сандардың мәндеріне сәйкес атомдардағы қабықшалар мен қабаттар рет-ретімен толтырылып отырады. Осылайша элементтердің Менделеев кестесіндегі орны анықталады. Алдымен ең кіші n=1 қабат толтырып, онда болғаны 2 электрон ғана орналасады. Онан кейін n=2 қабат толтырылғанда ядроның заряды өсуіне сәйкес қабаттар ядроға жақындай түседі. 1-қабат 1s қабықшадан, 2-қабат 2s, 2p қабықшалардан, 3-қабат 3s, 3p, 3d қабықшалардан, т.с.с. тұрады. Әр қабат элементтің периодын анықтайды. Осы период элементтердің химиялық, оптикалық, электрлік, және магниттік қасиеттерінің қайталану периоды болып табылады. Осы периодтылық атомның ең сыртқы электрон қабықшаларының қасиетімен анықталады. Мұндай периодтылық иондар қасиетінде де сақталады.
Атомның орбиталарында 2 не одан да көп электрондар қозғалып жүрсе, онда мұндай күрделі атомдардағы электрондардың өзара әсерлесуін де еске алу керек. Ол әсерлесулер тек электр статикалық ғана емес, орбиталық магниттік моменттер мен бөлшектердің өзінің ішкі магниттік моменттері де өзара әсерлесуі мүмкін. Мысалы, гелий атомындағы 2 электронның негізгі күйдегі әсерлесу энергиясы 78.98 эВ. Көп электронды атомдар құрылысын зерттегенде бұларды есепке алып отырады. Сонымен бірге әр электронның орбита бойымен қозғалысында туатын электр магниттік өрісі мен электронның ішкі магниттік моменттерінің әсерлесуі де қосымша байланыс энергиясын тудырады. Осының нәтижесінде атом спектрлерінде нәзік түзілісті, ал электрон мен ядроның магниттік моменттерінің өзара әсерлесуінен аса нәзік түзілісті көреміз. Қазіргі замандағы кванттық электр динамикасында атом электрондарының вакуум құрамындағы виртуалды бөлшектермен әсерлесуін де есептеп атом құрылысының мұнан да күрделі екеніне көз жеткізуге болады

Томсон моделіндегі қайшылықтарды атом қойнауын әйтеуір бір амалмен тікелей барлап қарау арқылы шешуге болатын еді. Міне осындай тәжірибені ағылшын физигі Э.Резерфорд (1871-1937) және оның шәкіртері Г.Гейгер, Э.Марсден жүргізді (1909-1910 ж.ж.). Тәжірибелер Томсон моделін келісімсіздігін көрсетті. Осы тәжірибелер нәтижелеріне сүйеніп Э.Резерфорд атомның жаңа ядролық моделін ұсынды (1911). Атомның бұл моделінің шығуы α-бөлшектері көмегімен жүргізілген мынандай тәжірибелерге негізделген болатын. α-бөлшектердің басым көпшілігі фольгадан негізінен бос кеңістіктен өткендей түзу сызықты жолынан ауытқымай өтетіндігі байқалған. Мәселен, қалыңдығы 4·10-7м алтын фольгадан өткенде α-бөлшектердің көпшілігі түзу сызықты жолдан 1° – 2° -тан аспайтын θ бұрыштарғы ауытқыған. Бастапқы қозғалыс бағытынан аутқыган α-бөлшектерге келсек, өте үлкен бұрыштарға кейде 180°-қа дейінгі бұрышқа аздаған ғана α-бөлшектер шашырайды. 8000 α-бөлшектің біреуі 180°-қа бұрылып, кері серпілегн. Резерфордтың пікірі бойынша бұл оң зарядталған α-бөлшектер кеңістіктің өте кішкентай аймағында шоғырланған ауыр оң зарядтың тебуіне душар болған жағдайда ғана мүмкін болады (1.3 сурет). Резерфорд былай ұйғарды: атом өте кішкентай бірақ ауыр оң зарядталған ядродан (мұнда атом массасының 99,9 % шоғырланған) және оны қайсыбір қашықтықта қоршаған электрондардан тұрады. Электрондар ядроны айналып қозғалуы тиіс болды (күнді айналатын планеталар сияқты). Өйткені егер олар тыныштықта болса онда электрлік кулондық тарту әсерінен ядроға құлаған болар еді. Резерфордтың бағалауы бойынша ядро мөлшерінің реттік шамасы 10-15 – 10-11 м болуы тиіс. Атом құрылысының осындай моделі планетарлық немесе ядролық модель деп аталады.

Массасы m α-бөлшек нысаналық қашықтығы нөлге тең жағдайда ядроға тура ұшып келеді деп айталық. Энергияның сақталу заңы бойынша ядромен ең көп жақындағанда α-бөлшектің кинетикалық энергиясы бұлардың электростатикалық әсерлесуінің потенциалдық энергиясына ауысады да α-бөлшек қас-қағым сәтте тоқтайды.

(1.1) Мұндағы υ- ядродан алыстағы α-бөлшектің бастапқы жылдамдығы. Ra-C радиактивті атомдар шығаратын α-бөлшектер үшін = 1,9·107м/с. Алтын (z = 79) үшін (1.1)формула арқылы d-ны анықтауға болады.

Осы түсініктерге сүйеніп Э.Резерфорд заттан өткен кездегі α-бөлшектердің шашырау теориясын жасады. Ол шашыраған α-бөлшектердің θ бұрышының мәндері бойынша үлестірілуін бейнелейтін формула қорытып шығарды.

Э.Резерфорд есептеуіне қарағанда α-бөлшек пен атом ядросы арасындағы кулондық электростатикалық тебу күші әсерінен α-бөлшек АСВ траекториясы бойынша қозғалады: ал бұл фокусында ядро орналасқан гипербола болады. Сонда α-бөлшектің θ шашырау бұрышының шамасы оның бастапқы жылдамдығына , М массасына,2e зарядының мөлшеріне және α-бөлшектің ядроға ең жақын келетін р қашықтығына, ядроның Ze зарядының мөлшеріне тәуелді болады. Бұл тәуелділікті мына түрде жазылады:

Табиғаттағы процестер туралы кванттық түсініктерді одан әрі дамыта отырып, 1913 ж. Данияның ұлы физигі Нильс Бор физиктерді ойландырған өте қиын жағдайдан шығарудың жолын тапты. Бордың еңбегіне сүйенген Эйнштейн, оны "ақыл-ой саласындағы жоғары музыкалық дарын" деп бағалады. Бір-біріне дара жатқан тәжірибе деректеріне сүйене отырып, Бор данышпандық түйсіктің жәрдемімен істің мәнін дұрыс аңғарды. Бор постулаттары. Бор жүйелі атом теориясын берген жоқ. Ол жаңа теорияның негізгі қағидаларын постулаттар түрінде тұжырымдап берді. Сонымен бірге классикалық физиканың заңдарынан да ол қол үзген жоқ. Дәлірек айтқанда, жаңа постулаттар классикалық физикада рұқсат етілетін қозғалысқа кейбір шектеулер ғана қойды. Осыған қарамастан, Бор теориясының табысы айтарлықтай болып, Бордың теорияны дамытудың дұрыс жолын тапқандығы барлық ғылымдарға айқын болды. Осы жол кейіннен микробөлшектер қозғалысының тыңғылықты теориясы — кванттық механиканың шығуына себепші болды.

Бордың бірінші постулатында былай делінген:

Атомда электрондар қозғалатын стационар орбиталар бар. Олардың әрқайсысына белгілі бір энергия Еn сәйкес келеді. Стационар күйде атом сәуле шығармайды. Бұл постулат қозғалыстағы электрондардың энергиясы кез келген мән қабылдайды дейтін классикалық механикаға тікелей қайшы келеді. Ол Максвеллдің электродинамикасына да қайшы келеді, себебі электрондар электромагниттік толқынды шығармай-ақ, үдемелі қозғала алатындығын айтады.

Бордың екінші постулатына сәйкес, атом үлкен энергиялы Еп стационар күйден аз энергиялы Ек стационар күйге өткенде энергия кванты жұтылады не жарық шығарылады. Шығарылған фотонның энергиясы атомның стационар екі күйдегі энергияларының айырымына тең:

e = h•ν = Eп-Eк (2) Бұдан сәуле шығару жиілігін былай өрнектеуге болады:

3.Физикадан оқу сабақтарын ұйымдастырудың түрлері.

жүктеу 0,49 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 7 8 9 10 11 12 13 14 ... 20