ПоәК 042-18-38-57/03-2014 №1 басылым 05. 09. 2014ж

Томсон және Тартаковский тәжірибелері

жүктеу 3,08 Mb.

бет	6/23
Дата	22.05.2018
өлшемі	3,08 Mb.
	#15910

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 23

3.2.3.Молекулалық шоқтармен жүргізілген тәжірибелер.
4- дәріс. Шредингер теңдеуі.
4.1. Кванттық теориядағы күй түсінігі және оны толқындық функция арқылы бейнелеу

3.2.2. Томсон және Тартаковский тәжірибелері. Рентген сәулелері үшін Дебай және Шеррер ұсынған әдісті қолданып, Дж. Томсон және С.Тартаковский (1928ж.) жұқа поликристалдық пленкалар арқылы электрондар өткенде пайда болатын дифракциялық көрініс дәл Дебай – Шеррер рентгенограммалары сияқты болатындығын көрсетті. Тәжірибе схемасы 3.4 – суретте кескінделген.

Ш

апшаң электрондардың (1) жіңішке шоғы жұқа (2) поликристалдық пленканы атқылайды. Дифракцияланған (3) электрондар шоғы (4) фотопластинкаға түседі. Сонда бұл пластинканың бетінде орталығында тұтасқан дағы бар бірнеше концентрлік шеңберлер түріндегі көрініс пайда болады. Осы электронограмма 3.5 – суретте көрсетілген.

Сөйтіп Дж. Томсон тәжірибелерінің нәтижелері электронның толқындық табиғаты жөніндегі де Бройль гипотезасының дұрыс екендігін көрсетті.

Дж.Томсон тәжірибелерінде шапшаң электрондар шоғы пайдаланғандағы айтылған болатын. Ал орыс физигі П.С. Тартаковский баяу қозғалатын электрондар шоғын жұқа слюда, алюминий пленкадан өткізіп, жоғарыда айтылғандай дифракция құбылысы байқады. Сонымен тәжірибе жүзінде электорнның толқындық табиғаты толық дәлелденді.

Металл

Тордың тұрақтысы d, нм

рентген сәулесі электорндық шоқ

0.405

0.406

0.492

0.406-0.400

0.418-0.399

0.499

3.2.3.Молекулалық шоқтармен жүргізілген тәжірибелер. Де Бройль жорамылына с»йкес кез келген материалдық бөлшектердің, соның ішінде атомдар мен молекулардың толқындық қасиеттері болуға тиіс. 1929ж. Штерн және оның қызметкерлері жүргізілген тәжірибелері де Бройль жорамалының нейтрал атомдар (Не) мен молекулар (Н₂) үшін дұрыс екендігі көрсетті.

Молекуланың де Бройль толқын ұзындығын бағалау үшін формула:

Осы өрнектегі универсал тұрақтыларды сандық мәтіндерімен алмастырамыз, сонда

нм.

Мысалы, Н₂ жағдайында М болады, – протон массасы. Егер Т болса, онда Осы мысалдан жеңіл атомдар немесе молекулалар үшін де Бройль толқын ұзындығы криталдық тордың атомдық жазықтарының аралығымен шамалас екендігі көрінеді. Сондықтан тәжірибенің сәтті болатынына үміттенуге болады. Осылай болды да тәжірибелерге атомдар мен молекулалардың толқындық қасиеттері байқалды. Штерн тәжірибелерінің схемасы 3.6 – суретте көрсетілген.

Т температурадағы пештен шығатын атомдар немесе молекулалар ағыны LiF кристалының бетіне бұрышпен түсіп, шашыраған.

Сутегі молекуласының дифракциясы да LiF кристалында байқалды. Сутегі молекуласы үшін интенсивтіліктің таралу қисығының түрі 3.7 – суреттегідей болды.

С

онымен тәжірибе жүзінде толқындық қасиеттер тек электронның ерекшелігі емес, дәл осындай дәрежеде атом және молекулаларға тән қасиет екендігі көрсетілді.

4- дәріс. Шредингер теңдеуі. Кванттық теориядағы күй түсінігі және оны толқындық функция арқылы бейнелеу. Суперпозиция принципі. Шредингерт теңдеуі. Стационар күйлер. Квантталу.
4.1. Кванттық теориядағы күй түсінігі және оны толқындық функция арқылы бейнелеу

Классикалық физикада бөлшектің күйі деген ұғымның анықтамасы былай беріледі. Егер берілген уақыт мезетінде бөлшектің x, y, z координаттары және жылдамдығының , , құраушылары белгілі болса, онда анықталған делінеді.Яғни классикалық бөлшек күйі берілген уақыт мезетінде бөлшектің радиус – векторы және жылдамдығымен анықталыды.

Кванттық механикада бөлшек күйінің берілуі классикалық механикаға қарағанда өзгеше болуға тиіс. Микробөлшектер үшін анықталмағандық қатынастарының болуынан бөлшектің күйін координаттар мен импульс арқылы классикалық анықтау жалпы алғанда мағынасын жояды. Корпускулалық – толқындық дуализмге сәйкес кванттық теорияда бөлшектің күйі функциямен беріледі,ол комплекс шама және формальды түрде толқындық қасиеттерге ие.

Толқындық функцияның мағынасын ұғыну микробөлшектердің интерцеренциясында бөлшектер жүйесі емес, жеке бөлшектің толқындық қысиеттері білінетіндегі анықталғаннан кейін мүмкін болды. Осы қозғалысты сипаттайтын ықтималдықтардың үлестірілуі бөлшектердің жеткілікті көп саны тіркелгеннен кейін ғана білінеді.Осы үлестірілу толқын интенсивтілігінің үлестірілуі қандай болса,дәл сондай болып шығады екен: толқын интенсивтілігі үлкен болатын жерлерде бөлшек көп тіркеледі,ал интенсивтілік аз жерге бөлшек те аз түседі.

Кванттық жүйелердің статистикалық қасиеттеріне байланысты осы жүйелерде өтетін көптеген оқиғаларды дәл болжау мүмкін болмайды. Сондықтан кванттық теорияда ақиқат болжам айтуға болмайтын оқиғалардың ықтималдықтары анықталады. Ықтималдықтары бойынша физикалық шамалардың кездейсоқ орташасын мәндерінің, яғни тәжірибе зерттелетін параметрлерді есептеп табуға болады (r, t) толқындық функция міне осы барлық ықтималдықтарды табуға мүмкіндік беретін шама болып табылады.

Барлық кванттық ықтималдықтар ішінен бөлшектердің координаттарының үлестірілуі бейнелейтін ықтималдықты қарастырайық. Бір өлшемді қозғалыс үшін бөлшектің t уақыт мезетінде және d нүктелері аралығында болу ықтималдығы ² d - қа тең, мұндағы ² толқындық функция модулінің квадраты, комплекс түйіндес функция

(, t) (4.1)
шамасы ықтималдық тығыздығы, немесе болшек координаттарының үлестірілуі тығыздығы. Ықтималдық тығыздығы тәжірибеде бақыланатын физикалық шама болып табылады, ал толқындық функцияның өзі, комплексті болғандықтан, бақылауғв келмейтін шама. Бұл кванттық механикада күйлерді бейнелеудің классикалық механикаға қарағанда тағы бір өзгешелігі, классикалық механикада күйді бейнелейтін шамалар бақыланады.

Ықтималдық тығыздығы нормалар шартына бағынады:

4.2)
бұл шарт бөлшектің осінде болуы ақиқат екендігі өрнектейді.

(, t) толқындық функция көмегімен координаттың орташа мәні былай анықталады.

(4.3)
Координаттың орташа мәнінің уақытқа тәуелділігін толқындық функция береді.

Ал бөлшектің кеңістіктегі (үш өлшемді) қозғалысы үшін бөлшек күйі әрбір t уақыт мезетінде бөлшектің x, y, z координаттарының (x, y, z, ) немесе r радиус – векторының (x, y, z, ) комплекс толқындық функциясымен беріледі.

толқындық функцияның физикалық мағынасы бір өлшемді жағдайға толығынан ұқсас тағайындалады.

Толқындық функция, оның физикалық мағынасынан келіп шығатын белгілі шарттарды қанағаттандыруға тиіс. Ол координат пен уақыттың үздіксіз функциясы болуы тиіс. Толқындық функция бір мәнді және шектелген болуға тиіс. Осы математикалық талаптар жиынтығы үлгі шарттар деп аталады және нақты физикалық шарттарға сәйкес келеді: бөлшектің берілген орында болу ықтималдығы бір нүктеден келесі нүктеге біртіндеп өзгеруге, берілген нүкте үшін нақты шектелген болуға тиіс.

Егер бөлшектің кеңістіктің көлемі V белгілі аймағында ғана қозғалатыны белгілі болса, онда осы аймақта оның табылу ықтималдығы 1 – ге тең болады. Белгілі аймақта бөлшектің табылу ықтималдығы толқындық функция модулі квадратының аймақ көлемі бойынша алынған интегралы. Демек, бөлшекті табуға болатын аймақтың бүкіл көлемі бойынша алынған (4.3) интегралы 1 – ге тең болуға тиіс.

жүктеу 3,08 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 23