Fizika - atomai, atomo branduolys

1.Vandeniliškasis atomas. Vandenilio pagrindinės būsenos banginė funkcija Nagrinėsime elektringųjų dalelių sistemą, sudarytą iš nejudančio branduolio, kurio elektros krūvis Ze ( Z – sveikas skaičius), ir apie jį skriejančio elektrono. Tokios sistemos vadinamos vandeniliškomis. Tai gali būti vandenilio atomas (Z=1), helio jonas He+ (Z=2). Tuomet tariame kad elektrona veikai branduolio Kulono E~1/r2 stacionarusis elektrostatinis laukas, kurio potencine energija uzrasoma sitaip: V=-Ze2/4пє0r; cia r- elektrono nuotlis nuo branduolio. Zinome kad potencine nergija nuo laiko nepriklauso, tuomet taikome stacionaria Sredingerio lygti vandeniliskai sistemai: me-elektrono mase. Pasinaudosime Laplaso operatoriumi ir ji isreiksime sferinemis koordinatemis r, ∂, φ. Lygties sprendinys ψ isreiskiamas dvieju f-ju R ir Y sandauga: ψ (r, ∂ ,φ )=R(r)Y(∂,φ), cia R(r)-radialioji, Y(∂,φ)-kampine bangines f-jos. Sprendinys ψ nlm(r,∂,φ)=Rnl(r)Ylm(∂,φ) bendru atveju yra kompleksine triju kintamuju(r,∂,φ)su trimis parametrais(n,l,m) f-ja. Sie parametrai vadinami n-pagrindiniu, l- elektrono orbitiniu, m –magnetiniu kvantiniais skaiciais.Bangine f-ja tenkina stnd salygas tik kai:1)Sistemos pil en W yra teigiamas dydis 2)neigiamas dyd isreikstas: Isvada, vandeniliskojo atomo energija priklauso nuo n, ji kinta diskreciai ir atomo anergija – kvantuota. Atomo busena, kurioje jo energija pati maziausia, vadinama pagrindine. Sprendinys Y(∂,ψ)=const, o sprendinys R10(r) isreiskiamas er/a, cia a=0.529*10-10m. Taigi vandeniliskojo atomo pagrindine busena apraso reali bangine f-ja priklausanti tik nuo r ir yra: ψ100=Cer/a, cia C-tam tikra konstanta apskaiciuojama is bangines f-jos normuotumo salygos. Funkcijos ψ modulio kvadratas tai tikimybe aptikti nesuzadintame vandeniliskame atome elektrona atstumu r nuo branduolio kitaip sakant spinduliu r ir (r+dr) rutuliniame sluoksnyje. Sio rutulinio sluoksnio turis dV=4пr2dr. Tuomet tikimybe dP rasti elektrona turyje dV tokia: dP=|ψ2|dV=4пC2e2r/ar2dr. Is cia dydis W(r)=dP/dr=4п C2e2r/ar2 isreiskia tikimybe rasti elektrona atstumu r nuo branduolio, kurio grafikas: 2.Pagrindinis kvantinis skaičius ir jo fizikinė prasmė Atomo energija priklauso nuo pagrindinio kvantinio skaiciaus n. Taciau kaip zn :) esant apibreztai dydzio n vertei, galimas tam tikras didziu l ir m (orbitinis, magnetinis kvant sk) rinkinys. Todel kiekviena energijos verte Wn atitinka keletas banginiu f-ju ψmln, kuriu l ar m vertes skirtingos. Del to yra sakoma kad atomo energijos lygmuo – issigimes, tai vaizduoja lentele: Is lenteles matome, kad atomui esant busenoje, kuria atitinka energija W2­, jo issigimimo laipsnis yra 4, jis apskaiciuojamas taip: apibreztam n galimos nuo 0 iki n-1 orbitinio (l) kvantinio skaiciaus vertes, o kiekviena l verte atitinka 2l+1 magnetinio kvantinio skaiciaus m verte. Tuomet apibreztam n issigimimo laipsnis randamas apskaiciavus suma ∑l=0n-1(2l+1)=n2 3.Šalutinio kvantinio skaičiaus prasmė Mikrodaleles impulso momentas yra kvantuojamas ir isreiskiamas impulso momento israiskos f-le: L=sqrt(l(+1))*h, h-mazoji planko konstanta,L- orbitinio impulso momento verte. Sioje lygybeje esantis dydis l gali igyti tik tam tikras vertes ir jis gali buti vad. atitinkamu kvantiniu skaicium. Tarkime is lygties L yra atomo elektrono orbitinis impulso momentas, tuomet dydis l vadinamas salutiniu kvantiniu skaiciumi, kuris kvantuoja L Jis igauna sveiku teigiamu skaiciu vertes, pradedant nuo 0. Kitais atvejais kvantinis skaicius vad kitaip, zymimas kitu simboliu ir gali igyti kitokias vertes. Atomo elektrono busenos, priklausomai nuo kvantinio skaiciaus l, simboliskai zymimos tokiomis raidemis: 4.Magnetinio kvantinio skaičiaus fizikinė prasmė. Ψnlm(r,∂,φ)=Rnl(r)Ylm(∂,φ), cia R(r)-radialioji bangine, Y(∂,φ)-kampine bangines f-jos; n,l,m triju kintamuju (r,∂,φ) kompleksine f-jos parametrai. Bangines funkcijos ψ parametras m- magnetinis kvantinnis skaicius,kuris nusako elektrono impulso momento erdvini kvantavima. 5.Šterno ir Gerlacho bandymas. Elektrono sukinys. Elektrono sukinio ir sukinio magnetinis kvantiniai skaičiai. V.Sternas ir V.Gerlachas eksperimentiskai tyre atomo magnetinio momento erdvini kvantavima. Chema: . K-sidabrinis rutuliukas, D-diafragmu sistemos. Esme: siauras atomu pluostelis juda statmenai Nevienalycio magnetinio lauko indukcijos linijomis,atomas priklausantis 1 periodinei elementu lenteles grupei yra nesuzadintas, o jo valentinis elektronas yra s busenoje(l=0). Tada tokio atomo atstojamasis orbitinio impulso momentas bei su juo susijes magnetinis momentas yra =0 Tuomet tokiu atomu pluostelis nevienalyciame magn. lauke turetu nekrypti, veliau paaiskejo kad krypdavo, kodel ? Isvados: kiekvienam elektronui budingas ne tik tam tikras kruvis, mase, bet ir sukinys. Atomo magnetini momenta nusako valentinio elektrono sukinys, jis isreiskiamas tokia lygybe: Ls=h*sqrt(s(s+1)), cia s- sukinio kvantinis skaicius. Sukiniui charakterizuoja impulso momento erdvinio kvantavimo salyga, jo projekcija: Lsz=m­zh, cia m­s-sukinio magnetinis kvantinis skaicius,h-mazoji planko konstanta jo igyjamos reiksmes(-s iki s) t.y. is viso (2s+1) skirtinga verte. Taciau po bandymu paaiskejo, kad 2s+1=2 arba s=1/2. Isvad:elektrono sukinio magnetinis kvantinis skaicius ms=±1/2, mikrodaleles sukinio kvantinio skaicius yra apibreztas ir laikui begant nekinta, jos busena priklauso nuo ms. Is nagrinejamu f-liu elektrono sukinys isreiskiamas tokia lygybe: Ls=sqrt(3)h/2 (h-mazoji planko const), beje elektrono busena atome aprasoma 4 kvantinias skaiciais: pagrindiniu n, orbitiniu l, magnetiniu m ir sukinio magnetiniu m­s. 6.Paulio draudimo principas Nagrinesime du vienodais kvantiniais skaiciais aprasomus rinkinius (a=b), silpnai saveikaujancias tapatingas daleles. Jei jos aprasomos simetrinemis banginemis f-jomis. Lygybe ψ=ψa(r1)ψb(r2) virsta tapatybe, bet kai daleles aprasomos antisimetrinemis bang. F-jomis tuomet gauname: ψa(r1)ψa(r2)=-ψa (r2)ψ a(r1), galima tik tuo atveju kai daleliu sistemos bangine f-ja ψa(r1)ψa(r2)=0.Isvada: vienoje kvantineje sistemoje negali buti dvieju(ar daugiau) antisimetrinems banginems f-joms aprasomu daleliu, jeigu ju visi kvantiniai skaciai yra vienodi –Paulio isvada arba Paulio principas. Paulio principa galima formuluoti ir taip: vienoje kvantineje sistemoje negali buti dvieju fermijonu, turinciu visus tuos pacius kvantinius skaicius. Atomo elektrono busena pilnai aprasoma 4 kvantiniais skaiciais(is lenteles): Busenoje n gali buti ne dagiau kaip 2n2 elektronu o busenose s=2;p=8,d=18 7.Elektronų pasiskirstymas atome Elektronu pasiskirstymas pagal busenas atome vadinamas ju konfiguracija. Ji zymima tam tikrais simboliais. Skaitmeninis simbolis rodo busenos pagrindini skaiciu, raidinis – orbitini kvantini skaiciu.n-pagrindinis, l- elektrono orbitinis kvantinis skaicius. To paties sluoksnio elektronai, kuriu vienodas kvantinis skaicius l sudaro ju posluoksni. Posluoksnyje gali buti 2(2l+1) elektronas. 8.Periodinė elementų sistema. Periodine elementu sistema pagrista D.Mendelejevo atrastu elementu periodiniu desniu: chemines elementu savybes periodiskai priklauso nuo atomu branduoliu elektrinio kruvio.kiekvienas periodas prasideda sarminiu metalu ir baigiasi inertinemis dujomis, kitu elementu savybes pan. Periodiskumas sutampa su sluoksiu uzpildymo elektronais periodiskumu. 2Grupes. 1 prasideda uz latano ir ja sudaro 14 elem. Ir visi jie vad lantanoidais arba retuju zemiu elementai. Ju savybes- visi jie metelai, gryni, plastiski, kalus, lengvai tempiami, pagerina plieno, ketaus aliuminio lydiniu kokybe.Didejant atominiam skaiciui Z, elektronu daugeja ne isoriniame sluoksnyje, o treciame nuo isores(4f), todel ju savybes labai pan. Kita uz aktinio esanciu 14 chem. Elem. Grupe vad. aktinoidais(aktinidais). Visi jie radioaktyvus taip pat metalai (toris, uranas, plutonis). Didejant elemento atominiam skaiciui Z, elektronu daugeja treciame nuo isores (5f) sluoksnyje. 9.Vandenilio atomų spektrinių linijų serijos ir formulės Praretintu duju ar metalo garu atskiri atomai skleidzia is atskiru liniju sudaryta spektra. Toks emisinis spektras vadinamas linijiniu. Atomu spektro linijos buna issidesciusios tvarkingai grupemis, kurios vadinamos serijomis. Einant i trumpesniu bangu puse, atstumai tarp liniju mazeja. Balmerio serija: ν=R(1/2 – 1/n2), kai n=3,4,5..., R-Rydbergo konstanta. Laimono serija ν=R(1/12 – 1/n2), n=2,3,4... Ultra Violetineje spektro dalyje.Paseno serija; ν=R(1/32 -1/n2), n>3-IR. Breketo serija ν=R(1/42 – 1/n2), n>4-IR. P.Furdo serija ν=R(1/52 – 1/n2), n>5-IR. Bendru atveju ν=R(1/m2 – 1/n2), m=1,2,3...; n=m+1, m+2, ... Sviesos emisija arba absorbcija vyksta elektronui persokant is vienos energijos lygmens i kita. Suoliu metu orbitinis kvantinis skaicius pakinta 1, o magnetinis gali nekist arba pakist 1. 10.Franko ir Herco eksperimentas bei išvados Franko ir Herco bandymais patvirtintas teiginys kad atomo energija kvantuota. Tai irode bandymai kurie buvo atliekami su tokiomis priemonem(is grafiko). Esme: sio prietaiso ikaites katodas spinduliuoja elektronus, kuriuos pritraukia anodas, prie anodo yra tinklelis, kuris teigiamas anodo atzvilgiu ir stabdo elektronus. Keiciant itampa, bandymais buvo pastebeta kad anodo srove kinta netolygiai, kaip kito/kinta iliustruoja grafikas: Is cia matome kad gyvsidabrio atomas gali sugerti tik tam tikras energijos porcijas, taigi jo energija kvantuota. Sugeres energija, atomas tampa suzadintu ir grizdamas i nesuzadinta busena, jis spinduliuouja ultravioletinius spindulius. Tuomet elektronas kelis sykius susiduria su gyvsidabrio atomais, juos suzadindamas ir kiekviena karta jo energija sumazeja 4,9 eV. 11.Rentgeno spindulių ištisiniai ir linijiniai spektrai. Mozlio dėsnis Retgeno spinduliai susidaro Rengeno vamzdziuose, kineskopuose, elektroniniuose vamzdziuose... Nagrinesime Rengeno vamzdi: Jo pagrindines dalys: 1-katodas, 2-anodas (rentgeno spinduliu saltinis Cu,Pt,W), 3-sandarus balionas. Elektronus greitina tarp katodo ir anodo sudaryta auksta itampa U. Jei greitieji elektronai, susidure su anodu yra stabdomi, tuomet toks spinduliavimas -stabdomuoju. Visi sie virsmai yra atsitiktiniai (didzioji elektronu energijos dalis virsta siluma,anodas ikaista) ir tik dalis elektronu energijos virsta Rentgeno spinduliavimu. Del to stabdomojo Rentgeno spinduliavimo spektras – istisinis, turintis griezta riba trumpuju bangu srityje, kuri kitaip vadinama istisinio spektro riba. Spektro riba apskaiciuojama tariant, kad visa elektrono energija virsta retgeno spinduliu kvantu: Wk=eU=hc/λmin, kai λmin=hc/eU, h-planko constanta, c-sviesos greitis. Be istisinio spektro yra stebimos ir atskiros spektro linijos – budingieji spinduliai (linijinis spektras) priklausantys nuo anodo medziagos prigimties. Jo intensivumo I priklausomybe nuo bangos ilgio isreiskiama tokiu grafiku: is grafiko pastebime kad spektras trumpuju bangu srityje turi nuo antikatodo medziagos nepriklausancia riba (min bangos ilgi λ0), λ1 ir λ2 taskuose - intensivumo suoliai. Ekperimentiskai nustatyta kad sio spinduliavimo spektro linijos susitelkusios K,L,M,N ... serijose, kurios sudarytos ir keleto liniju, del to zymimos indeksais α, β, γ ...Kα , Kβ...Lα, Lβ....atitinkamai didejanciam dazniui Sie spinduliai susidaro greitiems elektronams perduodant pakankamos energijos anodo medziagos atomams, kurios elektronams pakanka ismusti is gilesniu atomo elektronu sluoksniu. Tuo metu stebimas elektronu perrejimas – spinduliuojami rengeno spinduliai. Sio spektro linijos zymimos sluoksniais. Labiausiai tikimi suoliai tarp gretimu sluoksniu, todel α linijos ryskiausios(tipo isoriniai sluosniai). Rengeno spinduliu dazni nusako Mozlio desnis. ν=R(Z-σ)2(1/n2-1/m2). R- Rydbergo konstanta; Z- elemento eiles numeris, σ-ekranavimo konstanta; n,m – sluoksniu numeriai(i, is kurio persokama). Rentgeno spinduliai labai skvarbus, naudojami diagnostikoje 12.Atomų sąveikos molekulėje rūšys Molekule – tai maziausia medziagos dalele, turincios esmines tos medziagos savybes. Molekules atomus i patvaria sistema sieja cheminiu rysiu vadinama atomu saveika. Atomu saveikos molekuleje rusys yra dvi: jonine ir valentine. Molekules, kuriuose saveikaujantys atomai pavirte priesinga zenklo kruvi turinciais jonais vad. joninemis, o ju rysis – joniniu (NaCl) Energija priklauso nuo atstumo tarp jonu. Atstumui mazejant ima vyrauti to paties zenklo daleliu stuma. Is grafiko matome, kad saveikos energija minimali kai atstumas r0. Valentinis rysy susidaro saveikaujant dazniausiai vienarusiams atomams molekuleje(H2,O2,N2...). Shiuo atveju negrinesime H2 molekules du saveikaujancius atomus. Vienodu atomu cheminis rysys kvantines teorijos poziuriu aiskinamas elektronu kruviu debesu persiklojimu. Tokias sistemos busenas apraso bangine f-ja, kuri gali buti simetrine arba antisimetrine Jei daleles sukeitus vietomis, sistemos busena nepakinta – tapatinga sistema, kuriai galioja lygybe: Simetrine f-ja –atomu elektronai turintys vienodus sukinius, atisimetrine f-ja – turinti antilygiagrecius. Atomu saveikos energija priklauso nuo bangines f-jos. Is grafiko matome, kad kai elektronu sukiniai orientuoti antilygiagreciai (1 kreive), tuomet atomai vienas kita traukia – molekule susidaro bei tuomet persikloja elektronu debesys, kruvio tankis erdveje tarp branduoliu padideja, o simetrines f-jos atveju atomai vienas kita stumia- molekule nesusidaro. Taigi kiekvienas elektronas kartu priklauso abiem branduoliam. Toks rysys vadinamas valentiniu arba kovalentiniu. 13.Molekulės rotacinės energ. lygmenys Dviatomes molekules energijos israiska: W=We +Wν+Wr=We+(ν +1/2)h1 ν0 +h22* J(J+1)/2Iz Is cia We- elektronu judejimo ir saveikos energ. Wν –pusiausvyros padeties, Wr = -sukamojo judejimo energija. h1-planko const. h2-mazoji plank const. Iz-inercijos momentas ν=0,1,2… – vibracinis kvantinis skaicius, ν0-savasis daznis. J=0,1,2,…-rotacinis kvantinis skaicius Siame grafike parodyti kvantiniai suoliai tarp gretimu rotaciniu energetiniu lygmenu, kai ∆We=∆Wν =0 – tai rotacinis molekulinis spektras. Spinduliavimo daznis apskaiciuojamas taip: vj=(Wr,J+1-Wr,J)/h=2B(J+1)/h. Cia J- energinio lygmens i kuri vyksta suolis, kvantinis skaicius. Molekulei pereinant i lygmeni J=0, spinduliuojama paties maziausio daznio v1=2B/h energija. Kitu kvantiniu suoliu metu spinduliuojamas daznis vj yra kartotinis vj=kv1, kai k=1,2,3,… Grafine molekules energijos lygmenu struktura. 14.Molekulės vibracinės energ lygmenys Molekulės energija W susideda iš tokių dėmenų: jos masės centro slenkamojo judėjimo energijos Ws, molekulę sudarančiu atomu branduolių energijos Wb, elektronų judejimo ir sąveikos energijos We atome, molekulės kaip visumos sukamojo judejimo (rotacijos) energijos Wr ir molekulę sudarančių atomu branduolių virpėjimo apie jų pusiausvyros padėti energijos Wv. Taigi molekulės pilnutinė energija: W=Ws+Wb+We+Wr+Wv; Vibracinio kvantinio skaičiaus (v) galimos vertės yra iš natūraliųjų skaičių aibės (v=0,1,2,3,4....); Iš harmoninio osciliatoriaus energijos formulės seka, kad nuotolis tarp gretimų vibracinės energijos lygmenų yra vienodas, ir lygus Wv+1­-Wv=hv0. h- Planko konstanta, v0- nuo virpančios dalelės masės (m) ir sistemos kvazitampriosios konstantos (k) priklausantis virpėjimo savasis dažnis. Nustatyta, kad priklausomai nuo molekulės prigimties šis skirtumas yra 10­­-2..10-1eV eilės. Tarkime, kad ryšys tarp atomų molekulėje yra tamprusis. Tuomet atomų sąveikos potencinė energija V nuo r yra tokia, kokia parodyta grafike. Nuotoliui tarp atomų centrų pakitus dydžiu |r-r0|, atsiranda link pusiausvyros padeties nukreipta kvazitamprioji jėga – dėl to kiekvieno atomo branduolys virpa apie savo pusiausvyros padėti (r=r0). Jeigu virpesiu amplitudė, palyginti su r0 yra labai maža, tai jie yra harmoniniai ir jiems tinka harmoninio osciliatoriaus dėsningumai. Tokio osciliatoriaus energija išreiškiama lygtimi: Wv=(v+1/2)hv0. v – vibracinis kvantinis skaičius, v0 - nuo virpančios dalelės masės (m) ir sistemos kvazitampriosios konstantos (k) priklausantis virpėjimo savasis dažnis. 15.Rotaciniu, vibraciniu ir elektroniniu energijos lygmenu diagrama. Molekuliniu spektru samprata Molekulės sudaro kvantines sistemas, turinčias diskretines energijos lygius. Kadangi šias sistemas sudaro daug dalelių, tai molekulė pasižymi sudėtingesne energijos lygmenų sistema. Molekulei priklausančių elektronų sistema gali turėti įvairią konfigūraciją ir būti įvairiuose energijos lygmenyse. Molekulės pilnoji energija taip pat priklauso nuo branduolių judėjimo masės centro atžvilgiu. Jį galima išskaidyti į sukamąjį ir svyruojamąjį. Laikant atskirus molekulės judesius nepriklausomais, jos pilnąją energiją užrašome taip: , -elektromagnetinės sistemos energija, - svyruojamojo(vibracinio)judėjimo energija, - rotacinio(sukamojo)judėjimo energija.Visos energijos dedamosios yra kvantuojamos. v–vibracinis kvantinis skaičius,v=0,1,2,.... Pereinant sistemai iš vienos būsenos į kitą, svyruojamojo judėjimo energijos pokyčiai Besisukančios kampiniu greičiusistemos energija: , J–rotacinis kvantinis skaičius, J=0,1,2,... I-molekulės inercijos momentas. Sukamojo judėjimo energijos pokyčiai Grafinė molekulės energijos lygmenų struktūra. Molekuliniai spektrai Jei atominiai spektrai susideda iš atskirų linijų, tai molekuliniai yra juostiniai. Tiriant juostas didelės skiriamosios galios spektroskopais, paaiškėjo, kad, jos sudarytos iš didelio skaičiaus tankiai išsidėsčiusių linijų. Kintant molekulės būviui, išspinduliuojamas energijos kvantas, kurio dydis priklauso nuo visų energijos dedamųjų pokyčio. Šuoliams galioja atrankos taisyklė, t.y. kvantiniai skaičiai pakinta 1. . Pereinant iš vieno sukamojo judėjimo lygmens į kitą susidaro sukimosi juostos. Kai linijos artimos, jos susilieja į vieną spektro juostą. Jei pereinamojo svyravimo metu keičiasi ir svyruojamojo lygmens energija, tai susidaro svyravimo – sukimosi juostos. . Spektro linijos taip pat gali atitikti perėjimus iš vieno elektroninio lygmens į kitą. Taip pat galimi perėjimai, kai kinta kelios energijos dedamosios. Svyravimo ir sukimosi spektrus turi tik daugiatomės molekulės, o dviatomės neturi. Spektro linijų dažniai gali atitikti perėjimus iš vieno elektroninio lygio į kitą. Tuomet turime elektroninius spektrus. Tokio perėjimo metu gali keistis ir svyruojamojo judėjimo energija, tuomet susidaro elektroniniai svyravimo spektrai. Iš molekulinių spektrų gali spęsti apie molekulių sandarą. Tiriant rotacinius arba sukimosi spektrus galima išmatuoti atstumą tarp gretimų spektro linijų w, iš šio rezultato galima apskaičiuoti molekulės inercijos momentą. O žinant branduolių mases, galima apskaičiuoti atstumą tarp jų molekulėje. . Pagal vibracinius molekulinius spektrus galima nustatyti molekulės cheminio ryšio tipą, bei atomo virpesių amplitudę. Molekuliniai spektrai pasižymi dažnio stabilumu, todėl gali būti naudojami, kaip dažnio etalonai tiksliuose kvantiniuose laikrodžiuose. 16.Kvantinių šuolių tipai Sistema iš sužadinto būvio į nesužadintą gali grįžti dvejopai. Dažniausiai šis procesas yra savaiminis ir jo pobūdis atsitiktinis. Šis šuolis, kuris vyksta iš kvantinės sistemos vieno energetinio lygmens į kitą, galimas tik iš didesnio (Wi) energijos lygmens į mažesnį (Wj). Šuolio metu išspinduliuojamas kvantas, kruio energija lygi E=Wi -Wj Savaiminis arba spontaninis spinduliavimas. Atomų spinduliavimas šiuo atveju yra nesuderintas, t.y. atskirų atomų išspinduliuotos elektromagnetinės bangos yra nevienodos fazės ir poliarizacijos, o spinduliavimo kryptys atsitiktinės. Taigi išspinduliuotos bangos nekoherentinės, nors jų dažniai gali būti ir vienodi. Veikiant sistemą elektromagnetiniam laukui galimas priverstinis arba indukuotas kvantinės sistemos spinduliav. Indukuotojo spinduliav. charakteristikos yra tokios pat, kaip ir jį indukavusio. Tai yra, indukuotasis spinduliavimas yra koherentinis jį indukavusiam. Savaiminio absorbcinio šuolio negali būti, tiktais priverstinis. Jo tikimybė yra proporcinga elektromag. bangos energijos tankiui. 17.Lygmenų užpildymas. Užpildymo apgrąža Jei medžiaga silpnai absorbuoja fotonus, tai yra, jei spindulinio šuolio tikimybė didesnė nei absorbcinio, tai galimas lavininis procesas. Toks procesas įmanomas tuomet, kai sistemos būvis yra nepusiausviras. Taip būna esant energetinių lygmenų užpildymo apgrąžai arba inversijai. Tai reiškia, kad sistemoje yra daugiau užpildytų didesnės energijos lygmenų. 18.Kaip sudaroma lygmenų užpildymo elektronais apgrąža Lygmenų užpildymo elektronais apgrąža gaunama sudarant trijų energetinių lygmenų sistemą. Šie lygmenys turi pasižymėti tam tikromis savybėmis. Čia W1 yra nesužadinto atomo didžiausia energija, o W2 ir W3 – sužadintų energijos lygmenys. Labai svarbu, kad šuoliai iš 3-ojo lygmens į 2-ąjį būtų leistini, o iš 2-ojo į 1-ąjį – draustini. Tuomet W2 energijos lygmeny atsidūrusio atomo būdingoji gyvavimo trukmė būtų τ ≈10-3. Be to lygmuo W2 turi būti artimas W3. Tuomet sužadintieji atomai, kristalui ar kitiems atomams atidavę E= W2 – W3 energijos kiekį, pereina į metastabilųjį lygmenį. Taip intensyviai žadinant medžiagą, susidaro 1 ir 2 lygmenų užpildymo apgrąža. 19.Kvantinių generatorių bei stiprintuvų veikimo principai Pirmajame optiniame kvantiniame generatoriuje (lazeryje), kaip šviesą stiprinanti aplinka buvo panaudotas rubino kristalas . Aktyvioji medžiaga yra trivalenčio Chromo jonai, turintys 3 energijos lygmenų sistemą. B lygmenyje jonai gali išbūti ilgesnį laiką nespinduliuodami. Susikaupus daug jonų B būsenoje turime energijos lygmenų užpildymo apgrąžą, t.y. B lygmenyje yra didesnis Chromo jonų skaičius, nei pagrindiniame lygmenyje. Iš lygmens B į pagrindinį perėjimą galima sukelti šviesos kvantas, taigi šiuo atveju turėsime indukuotąjį spinduliavimą. Šviesa sustiprinama jai daug kartų pereinant rubino sluoksnį. Tam rubino strypo galuose yra pastatomi veidrodžiai. Rubino lazeris dirba impulsais. Metais vėliau buvo sukurtas dujinis Helio Neono lazeris, kuriame buvo panaudota dujinio išlydžio energija. Tai tolyginio veikimo lazeris. 20.Fononai. Metalų šiluminė talpa Pagal kvantinę mechaniką molekulių sukamojo judėjimo ir atomų svyruojamojo judėjimo energija yra kvantuota. Jei šiluminio judėjimo energija yra mažesnė už gretimų energijos lygmenų skirtumą , tai molekulėms susidūrus, sukamasis ir svyruojamasis judėjimai nesužadinami. Tai reiškia, kad žemose temperatūrose dviatomės dujos elgiasi kaip vienatomės. Kylant temperatūrai, pirmiausiai sužadinamas sukamasis judėjimas, nes šio judėjimo energijos lygmenys yra arčiausiai vienas kito. Dėl to padidėja dujų šiluminė talpa. Fermio ir Dirako skirstiniai T = 0 K ir aukštesnėje temperatūroje skiriasi tik siauroje energijų srityje. Tai reiškia, kad metalo įšilimo procese dalyvauja tik nedidelė dalis laisvųjų elektronų. Tuo paaiškinamas mažas metalų ir dielektrikų šilumos talpų skirtumas. . Kristalinės gardelės šiluminės talpos teoriją sukūrė Einšteinas, o ją praplėtė Debajus. Nagrinėdamas osciliatorių ištisinį spektrą, jis įrodė, kad didžiąją dalį kvantinių osciliatorių energijos sudaro žemų dažnių svyravimai ir jų sąlygojamos tampriosios bangos. Dėl to kietojo kūno įšilimą galima aprašyti kristale sklindančiomis tampriosiomis bangomis. Remiantis medžiagų savybių korpuskulinių – banginiu dualumu, tampriąsias bangas kristale atitiks energijos kvantai, kurie vadinami fononais. Taigi fononai yra akustinių bangų kvantai, kadangi tampriosios bangos yra akustinės bangos. Panašiai, kaip elektromagnetinį spinduliavimą galima įsivaizduoti fotonų srautą, taip tampriąsias bangas galima įsivaizduoti fononų srautu. Fononai yra kvazi dalelės, kurios nuo kitų mikrodalelių (protonų, elektronų,...) skiriasi tuo, kad gali egzistuoti tik kristale ir neegzistuoja vakuume. Fonono impulsui būdinga tai, kad fononams susidūrus negalioja impulso tvermės dėsnis. T.y. dalelės impulsas perduodamas gardelei. Kristalinės gardelės energiją galima nagrinėti, kaip fononinių dujų energiją. Fononų sukinio kvantinis skaičius lygus nuliui, todėl jie priklauso bozonams, t.y. jiems taikomas Bozės ir Einšteino statistika. Šią statistiką pritaikius įrodyta, kad aukštose temperatūrose paprastos cheminės sudėties kristale medžiagų molinės šilumos paprastai vienodos. , CV - izochorinio proceso molinė šiluma, R – universalioji dujų konstanta. Diulongo ir Pti dėsnis. Tai teisinga, kai , TD - Debajaus temperatūra, nustatoma iš sąlygos ; Žemose temperatūrose , kai , molinė šiluma yra proporcinga T3, . 21.Metalų elektrinis laidumas. Superlaidumo samprata. Kvantinė metalų laidumo teorija apibrėžiama kvantine mechanika ir kvantine Fermio ir Dirako statistika. Remiantis šia teorija metalo savitąjį laidumą galima išreikšti taip: ; n – laidumo elektronų koncentracija; e – elementarusis krūvis, - tai elektronų, kurių energija lygi Fermio energijai, vidutinis laisvojo lėkio ilgis; - elektronų vidutinis greitis; m – elektrono masė. Pagal kvantinę laidumo teoriją metalų laidum. , pagal klasik.-. Elektronų judėjimas kristale yra analogiškas bangos sklidimui. Idealioji kristalinė gardelė elektroninių bangų neišsklaido. Taigi pagal kvantinę teoriją metalas elektros srovės tekėjimui nesudaro jokio pasipriešinimo. Reali kristalinė gardelė turi defektų, kurie elektronines bangas išsklaido. Elektronines bangas taip pat sklaido gardelės mazgų virpesiai. Tuo aiškinama metalų varža. Pagal kvantinę teoriją, elektronų vidutinis šiluminis greitis nuo temperatūros beveik nepriklauso, kadangi nuo temperatūros beveik nepriklauso Fermio lygmuo. Kylant temperatūrai, vis labiau reiškiasi fononinių elektroninių bangų išsklaidymas. Todėl vidutinis laisvojo lėkio ilgis mažėja. Kambario temperatūroje jis yra proporcingas temperatūrai, t.y. . Todėl metalų varža . Mažėjant temperatūrai, metalo varža mažėja ir artimoje T = 0 K temperatūroje metalai tampa superlaidūs. Bandymais nustatyta, kad pereinant į superlaidumo būseną nepakinta nei kristalinės gardelės struktūra, nei mechaninės ar optinės savybės. Tačiau šuoliu pakinta metalo magnetinės bei šiluminės savybės. Superlaidumas aiškinamas tuo, kad judantis elektronas poliarizuoja kristalinę gardelę, t.y. šiek tiek pritraukia teigiamus jonus. Taip susidaro teigiamojo krūvio kvazi dalelė, vadinama poliaronu. Poliaronas gali pritraukti kitą elektroną, taip susidaro dviejų elektronų pora vadinama Kuperio pora. Kuperio poros elektronai pasižymi priešingais sukiniais, todėl poros sukinys lygus 0. Taigi Kuperio pora – bozonas. Bozonai gali būti viename energetiniame lygmenyje. Šios poros yra beveik nesklaidomos, nes labai žemose temperatūrose atomų šiluminių svyravimų energija yra mažesnė už poros energiją. Dėl to žemose temperatūrose metalų elektriniai laidumai labai išauga (pvz. vario savitoji varža . Laidininkams būdinga tai, kad magnetinis laukas neprasiskverbia į jų tūrį, todėl galima laikyti, kad superlaidininko magnetinė skvarba =0, t.y. jis yra idealus diamagnetikas. Stiprus išorinis magnetinis laukas suardo superlaidininką. Magnetinės indukcijos ritė, prie kurios tai įvyksta, vadinama kritiniu lauku. Šis laukas priklauso nuo temperatūros. Superlaidumas taip pat išnyksta srovei viršijus kritinę vertę. Ši kritinė vertė priklauso nuo temperatūros, panašiai kaip ir kritinė indukcija. Jeigu grynųjų metalų superlaidumas pasiekiamas artimose absoliutiniam nuliui temperatūrose, tai metalų oksidų absoliutinė kritinė temperatūra yra gerokai aukštesnė, pvz. 1988m. buvo pagaminta keramika, t.y. telūro, kalcio, bario ir vario oksidų mišinys, kurio perėjimo į superlaidumą būsena temperatūra lygi 125 K. 22.Atomų energijos lygmenų skilimas susidarant kristalui. Energijos juostos Kristalo galimas energijų vertes galima būtų gauti sprendžiant Šrėdingerio lygtį. Kadangi kristalą sudaro daugybė atomų, tai tokią lygtį spręsti yra sudėtinga. Žymiai parasčiau Šrėdingerio lygtis sprendžiama elektronui, judančiam elektriniame lauke, t.y. atomų branduolių ir visų kitų elektronų sukurtame periodiškai kintančiame lauke. Elektronų būsenos kristaluose turi panašumo į būsenas atskiruose izoliuotose atomuose. Kadangi gretimų atomų tarpusavio sąveika negali sugriauti atskirų atomų elektronų būsenų sistemų. Kol atomai izoliuoti, t.y. toli vienas nuo kito, tai jų energetiniai lygmenys sutampa. Mažėjant atstumui tarp atomų, dėl jų tarpusavio sąveikos atskirų atomų energetiniai lygmenys pasislenka, išsisklaido ir išplinta į juostas, sudarydami taip vadinamą juostinį energetinį spektrą. Atstumai tarp gretimų suskilusių lygmenų priklauso nuo sąveikos stiprumo, t.y. nuo atstumo tarp atomų. Didžiausią poveikį patiria tolimiausiai nuo branduolio esantys elektronai, t.y. valentiniai elektronai, nes jie yra arčiausiai tarp gretimų elektronų ir jonų. Nusistovėjus tam tikram atstumui tarp atomų kristale, energijos lygmenys susigrupuoja į juostas. Kiekvieną energijos juostą nusako kvantinis skaičius n ir l. Energijos lygmenų skaičius juostoje yra lygus N(2l+1), N – atomų skaičius kristale, 2l+1 – elektronų skaičius lygmenyje. Kadangi N yra didelis, tai atstumai tarp gretimų lygmenų juostoje yra labai maži, t.y. 10-22...10-23 eV eilės, taigi praktiškai energijos lygmenys susilieja į vieną ištisinę juostą. Energijos tarpai tarp juostų yra vadinami draustinėmis juostomis. Tiek leistinų energijų, tiek draustinių energijų juostų plotis nuo kristalo matmenų nepriklauso. 23.Metalai, puslaidininkiai ir dielek. juostinės teorijos požiūriu Atskirų atomų energijos lygmenys užpildomi elektronais remiantis Paulio ir energijos minimumo principu. Jei kažkurio tai atomo lygmuo yra pilnai užpildytas elektronų, tai iš šio lygmens susidariusi energijų juosta kristale taip pat bus užpildyta. Iš neužpildytų lygmenų susidaro neužpildytos juostos, o iš dalinai užpildytų lygmenų – dalinai užpildytos juostos. Galimi ir kiti atvejai, kai gretimos juostos pasislenka. Bendru atveju yra išskiriama valentinė juosta, kuri yra sudaryta iš atskirų atomų vidinių elektronų energijos lygmenų, ji elektronais užpildyta pilnai. Juosta, sudaryta iš išorinių elektronų energijos lygmenų, būna arba dalinai užpildyta, arba laisva, ji vadinama laidumo juosta. Kristalų elektrinis laidumas priklauso nuo valentinės juostos užpildymo elektronais ir juostų išsidėstymo. Skiriami trys atvejai: 1) Išoriniai elektronai užpildo juostą nepilnai, pvz. Li (3-čias elementas, turi 3 elektronus) Turime energijos lygmenų išplitimą į juostas. Elektrinio lauko veikiamas elektronas laisvojo lėkio nuotolyje įgyja 10-8-10-4 eV kinetinę energiją, taigi jis pereina į tos pačios juostos aukštesnės energijos lygmenį, jeigu jis neužpildytas. Medžiaga, kurios valentinė juosta užpildyta nepilnai, yra laidininkas. Kietasis kūnas taip pat bus laidus, kai valentinė ir laidumo juostos persidengia, pvz. berilis. 24.Puslaidininkiai. Savasis elektrinis laidumas Puslaidininkiai, tai medžiagos, kurių valentinė juosta 0 K temperatūroje pilnai užpildyta ir nuo laidumo juostos atskirta gana siaura, t.y. draustine juosta. Puslaidininkiais tokios medžiagos vadinamos dėl to, kad, pagal laidumą, jos yra tarp laidininkų, t.y. metalų ir dielektrikų. Puslaidininkiams priklauso kai kurie 4, 5, 6 grupės elementai, bei jų cheminiai junginiai (Si, Be, Te, S, GaAs, InP ir kt.). Chemiškai gryni puslaidininkiai pasižymi savuoju laidumu, o turintys priemaišų – priemaišiniu. Keliant puslaidininkio temperatūrą, kai kurie elektronai iš viršutinių valentinės juostos lygmenų gali peršokti į apatinės laidumo juostos lygmenis. Veikiant elektriniam laukui, šie elektronai gali laisvai judėti, t.y. jų energijai padidėjus, jie pereina į aukštesnius laidumo juostos lygmenis. Valentinėje juostoje išeidami elektronai palieka vakancijas, vadinamas skylėmis. Veikiant elektriniam laukui, valentinės juostos elektronai gali pereiti į likusius laisvės lygmenis ir taip pat dalyvauti elektros srovės tekėjime. Elektronui perėjus iš valentinės juostos į laidumo, susidaro krūvininkų pora: elektronas ir skylė, dėl to grynuose puslaidininkiuose stebimas elektroninis n ir skylinis p laidumas. ne=np ne- elektronų koncentracija laidumo juostoje. Elektronų laidumo juostoje ir skylių valentinėje juostoje koncentracijos lygios grynuose puslaidininkiuose. Fermio lygmuo yra draustinės juostos viduryje. Kadangi grynųjų puslaidininkių draustinės juostos plotis yra daug didesnis už šiluminę energiją, , tai Fermio ir Dirako skirstinys laidumo juostoje virsta klasikiniu Maksvelio ir Bolcmano skirstiniu, t.y. . Kadangi elektronų koncentracija laidumo juostoje ir skylių koncentracija valentinėje juostoje proporcingi šiam skirstiniui, tai puslaidininkio savasis laidumas išreiškiamas taip: . 2kT, nes peršokus elektronui į laidumo juostą susidaro krūvininkų pora, taigi energija tenkanti vieno krūvininko sudarymui yra dvigubai mažesnė t.y. ΔW/2. Didėjant temperatūrai, puslaidininkių laidumas auga, nes didėja elektronų koncentracija laidumo juostoje. 25.Priemaišinis elektr. laidumas Priemaišinis laidumas gaunamas dalį kristalinės gardelės mazguose esančių atomų pakeitus didesnio ar mažesnio valentingumo kitų elementų atomais. Pvz. silicį galime legiruoti penkiavalenčiu fosforu. Keturi fosforo P elektronai sudaro valentinius ryšius su silicio Si keturiais elektronais. Penktasis fosforo P elektronas, kuris nesudaro ryšio, lengvai atitrūksta, tai palikdamas gardelėje teigiamą P joną, o pats klajoja po visą puslaidininkio tūrį. Šiuo atveju kovalentinė jungtis nenutrūksta ir skylė nesusidaro. Gardelės mazge likęs teigiamas jonas judėti kristale negali. Tai legiruotame puslaidininkyje yra tik vieno tipo judrūs krūvininkai, t.y. elektronai. Toks puslaidininkis vadinamas elektroninio laidumo arba n-tipo. Tokį laidumą sukuriančios priemaišos – donorinėmis. Nagrinėkime puslaidininkio laidumą, kai įterpiamos mažesnio valentingumo priemaišos, pvz. boras. Boras B sudaro tik 3 valentinius ryšius su silicio Si jonais. Neužpildytas 4-asis ryšis greitai užpildomas iš kito ryšio, taip paliekant ten skylę. Kai elektronas peršoka, boras tampa neigiamu jonu ir jis sudaro 4 ryšius su kaimynais, o kažkur kitur yra skylė. Ir ji gali judėti. Elektronui peršokant nuo vieno atomo prie kito į susidariusią skylę, gaunamas skylių judėjimas kristalo tūryje. Taigi šiuo atveju skylės yra judrieji krūvininkai ir toks laidumas vadinamas skyliniu, o puslaidininkiai p-tipo. Tokį laidumą sukuriančios priemaišos vadinamos akceptorinėmis (B, Al, Ga, In). Ir donorinės ir akceptorinės priemaišos sukuria kristalo draustinėje juostoje priemaišinius lygmenis. Fermio lygmuo yra aukščiau n-tipo, o p-tipo žemiau. Elektronai lengvai pereina iš Wd į Lj. Kambario temperatūroje donoriniai ir akceptoriniai atomai būna jonizuoti, t.y. donoriniai yra atidavę penktą elektroną, o akceptoriniai prisijungę ketvirtą. Priemaišinis laidumas pradeda reikštis jau žemose temperatūrose, o savasis aukštesnėse. Žemose temperatūrose pasireiškia priemaišinis laidumas. 26.Atomo branduolio nukl. mod Branduolys yra antrinė atomo dalis, kurioje yra sutelktas teigiamas krūvis ir beveik visa atomo masė. Jis sudarytas iš protonų ir neutronų, kurie bendrai vadinami nuklonais. Bendras branduolį sudarančių dalelių sk vadinamas masės skaičiumi: A=Z+N, , X – elemento simbolis, Z – krūvio skaičius, A – masės skaičius. Protonas (p) turi teigiamą krūvį qp=1,6*10-19 C ir jo masė lygi mp=1,6726*10-27 kg. Protono sukinio kvantinis skaičius yra ½, todėl jam taikomas Paulio draudimo principas. Protonas yra stabili dalelė. Neutronas (n) yra neutralus, t.y. qn=0, o jo masė mn=1,67495*10-27 kg. Laisvame būvyje neutronas yra nestabilus, jis virsta protonu, išspinduliuodamas  dalelę ir elektroninį antineutriną: . Neutrono sūkinio kvantinis skaičius ½. 27.Branduolio masė, krūvis, spindulys, tankis, sukinys Branduolio masė yra proporcinga nuklonų sk branduolyje. Ji matuojama unifikuotais masės vienetais. Šis vienetas lygus anglies izotopo 12C masės 1/12 daliai: 1u=(1/12)mC=1,66*10-27 kg. Neutrono masė mn=1,00876u, protono – mp=1,00783u, o branduolio masė mb≈A. Bet kokio elemento branduolio krūvis lygus qb=Z*e. Tyrimais nustatyta, kad branduoliai apytiksliai yra rutulio formos ir jų spindulys priklauso nuo masės skaičiaus , Branduolių dydžiams vertinti sudaromas specialus ilgio vienetas fermis: 1f=10-15m. Tuomet: Tankis: Branduolių nuklonai yra fermijonai, kurių sukinys s=1/2. Branduoliui priskiriamas impulso momentas, kuris vadinamas branduolio sukiniu ir lygus nuklonų sukinių ir orbitinių impulsų momentų geometrinei sumai. Jam nusakyti sudaromas vidinis kvantinis skaicius J: Dydis J yra sveikas skaičius, jei masės sk A yra lyginis, ir pusinis, jei masės sk A – nelyginis. To paties elemento atomų branduoliai gali turėti įvairų nukleonų sk. Šie junginiai vadinami izotopais. Pvz.: - lengvasis vandenilis, - sunkusis vandenilis, - tritis. 28.Branduolinių jėgų savybės, Branduolinių jėgų aiškinimas Tarp nukleonų branduolyje veikia stipriosios arba branduolinės sąveikos jėgos. Jų veikimo nuotolis labai mažas 10-15m. Jos nepriklauso nuo krūvio, t.y. sąveikauja ir protonai su protonais, neutronai su neutronais, protonai su neutronais, tai traukos jėgos, jos taip pat priklauso nuo sūkinių orientacijos, t.y. sąveikauja tik lygiagrečius sūkinius turintys nukleonai. Jos pasižymi įsotinimu, t.y. sąveikauja vienu metu ne bet koks dalelių skaičius. Nukleonų sąveika aiškinama jų tarpusavio energijos kaita, kuri vyksta virtualiųjų dalelių, vadinamų pionais dėka. Pionas – tai vidutinės masės dalelė arba mezonas mezonai gali būti 3 rūšių: - neutralus, - turintis teigiamą krūvį, - turintis neigiamą krūvį. Taigi, pagal šią sąveikos teoriją kiekvieną nukleoną gaubia virtualus pionų debesėlis, sudarantis branduolinių jėgų lauką. Nukleonai keisdamiesi tarpusavyje mezonais, sukuria branduolinę sąveiką. 29.Branduolio rysio energija. Specifine rysio energija. Mases defektas. Laisvuju nukleonu buvis ir ju buvis branduolyje is esmes skiriasi.Si skirtuma salygoja nukleonu branduolyje stiprioji saveika.Apie saveikos dydi galima spresti is rysio energy.Ji lygi darbui kuri reikia atlikti suskaldant branduoli i protonus ir neutronus.Taigi rysio energ yra laisvu nukleonu ir ju branduolyje energ skirtumas.Branduolio mase mbr yra mazesne uz ji sudaranciu laisvu nukleonu masiu skirtuma Zmp+Nmn; Masiu skirtumas vadinamas mases defektu. Pasinaudojant ensteino energ W ir mases m tarpusavio rysio f-le W=mc2 branduolio rysio energy W isreiskiam taip: W=mc2 = [(Zmp+Nmn)-mbr]c2. Branduolio ryšio energija yra lygi darbui, kurį reikia atlikti, išskaidant branduolį į atskirus nukleonus, nesuteikiant jiems kinetinės energijos. Toks pat energijos kiekis išsiskiria branduoliui susidarant iš nukleonų. Ryšio energija tenkanti vienam nukleonui vadinama specifine ryšio energija. Wbr/A. Ši energija yra daug didesnė už cheminio ryšio energiją, kuri matuojama dešimtimis elektronvoltų eV. Todėl branduolinių reakcijų metu išsiskiria daug daugiau energijos nei cheminių reakcijų metu. 30.Radioaktyvusis skilimas, jo desnis. Radioaktyvumu vad savaimini branduoliu kitima(suirima), kurio metu jie virsta kitu atomu branduoliais.Irimas nepriklauso nuo temp,slegio, cheminio jung sudeties ir yra branduoliu vidinis procesas.Irimo desnis: Tarkime, kad per trumpa laika dt is bendro nesuirusiu branduoliu skaiciaus N ju pokytis dN bus lygus: dN= - Ndt cia proporc.koeficientas  vadinamas irimo const. Ji parodo,kokia dalis atomu branduoliu suyra per vienetini laika.Pertvarke lygti, ja suintegrave ir atsizvelge i pradines salygas (jei t=0,tai N=N0)gauname radioktyvaus irimo desni: kuris apraso nesuirusiu branduoliu skaiciu. Praktikoje irimo Sparta apibudinama irimo pusamziu T. Tai laiko tarpas per kuri suyra puse visu branduoliu. ,kai t=T. Ivairiu branduoliu skilimo pusamzis svyruoja nuo mikrosekundes daliu iki milijardu metu: 31.Radioaktyviojo skilimo desningumai Alfa irimas: Sunkesni uz svina(Z>83) elemt.izotopai savaime spinduliuoja helio branduolius ( daleles).Atsirades naujas antrinis elemt.tures 4vnt mazesni mases sk. ir 2vnt mazesni eiles nr. Pazymeja pirmini elemt. X,o antrini-Y, irima aprasysime tokia schema: Tyrimai parode,kad  daleliu energija (kinta nuo 4-9MeV) yra diskreti.Tada ir branduolio energijos lygmenys-diskretus. Radioaktyviam irimui ivykti butina salyga: antrinio branduolio ir  daleles rysiu energiju suma turi buti didesne uz pirminio branduolio rysio energija.  daleles rysio energija,lyginant su kitais lengvais branduoliais yra l.didele-28MeV. Todel irimo procese ji elgiasi kaip nedaloma dalele. Beta irimas Gamtoje stebimi sie beta () irimo atvejai: 1. - arba elektroninis irimas; 2. + -pozitroninis irimas; 3.elektrono pagava. Vykstant siems procesams antrinio branduolio mases skaicius nepakinta, o jo eiles nr pakinta vienetu Z=1. 1.-- irimo metu is branduolio isspinduliuojamas elektronas. Sio irimo metu neutronas virsta protonu o virsmo schema tokia n p+e-+v`e1; v`e1-elektroninis antineutrinas. Elektrono ir antineutrino energiju suma yra kvantuota, nors atsikiru daleleiu energija gali buti ivairi. Elektronui islekus is branduolio, jo sukinys turetu pakisti dydziu 1/2h. Tam buvo neutrinui (antineutrinui) priskirtas 1/2h dydzio sukinys. Tokiu atveju pirminio branduolio sukinys nepakis,jei islekianciu elektrono ir antineutrino sukiniai bus priesingu krypciu.Visa tai galima pavaizduot tokia schema: Cia Y-antrinio branduolio simb.Is schemos matome kad Y elemento vieta vienu vienetu pasislenka cheminiu elemt lentels pabaigos link. 2. +irimo atveju is branduolio islekia pozitronas (elektrono antidalele).Antrinio branduolio kruvis sumazeja dydziu e+ ir jo vieta pasislenka vienu vnt i lengvesniu elemt.puse.O jo mases sk. nepakinta.Pozitronai e+atsiranda branduolio protonui virstant neutronu ir elektriniu neutrinu: Neutrino atsiradimas: Sia dalalele pasiule V.Pauli, pagal ji neutrinas neturi kruvio, mase taip pat lygi 0. arba labai maza (dabar manoma kad ji lygi 7*10 –6me; me-elektrono mase.) Judedamas aplinkoje ji jos nejonizuoja ir nepraranda energ, todel yra labai skvarbus. Neutrino(antineutrino) egzistavima galima patvirtinti netesioginiu budu.Sioms dalelems reikia netik priskirti sukini,bet ir judesio kieki (impulsa).Reliatyvistinio neutrino impulsas lygus pv = Ev / c; Ev-neutrino energ,kuri  irimo atveju yra arti 1MeV. Branduolys  irimo metu turi patirti atatranka i priesinga puse negu  daleles ir neutrino impulsu suma. 32.Branduoliniu reakciju samprata. Reakcijos efektyvusis skerspjuvis. Atomo branduolio pakitima,ivykusi del jo saveikos su kitais branduoliais ar dalelemis, vadina branduolinemis reakcijomis. Dazniausiai reakciju schema yra tokia a + X  b + Y. Ji aiskinama taip: lengvoji dalele a patenka i branduoli X, poto atsiranda dalele b ir branduolys Y. Dalelemis a ir b gali buti neutronas(n),protonas(p),deuteris(d),  dalele ir  fotonas. Galimi 2 atvejai: 1.jei atsiradusi dalele b yra tos pacios prigimties kaip ir smogianti dalele a (a=b), tai procesas vad daleliu sklaida. Po jos naujo branduolio nesusidaro t.y. Y=X. Be to, kai po sklaidos branduolys X bus suzadintas, su pakitusia energ, sklaida vad netampriaja, jei lieka nesuzadintas – tampriaja. 2.Branduoline reakcija ivyks t.t susidarys kitos sudeties branduolys, jei dalele b netapatinga daleles a prigimciai.Reakcijos efektyvusis skerspjuvys Sprendziant uzdavinius,svarbu zinoti kiek jos metu branduoliu pakinta, t.y. reakcijos iseiga. Tam reikia zinoti reakcijos tikimybe, kuria nusako branduolio efektyvioji skrespjuvio  savoka.tegu i medz.vienetini plota, kuriame yra n branduoliu,krinta N0 daleliu ir sukelia N branduoliniu reakciju. Tuomet santykis N/N0 lygus vienos i medziaga patekusios daleles sukeltos branduolines reakcijos tikimybei.Ji proporcinga dydziui n, arba N/N0 = *n; cia ploto dimensija turintis koeficientas  vad branduolines reakcijos efektyviuoju skerspjuviu. Jis matuojamas barnais (b):1b=10-24cm2=10-28 m2 Dydzio  verte priklauso nuo daleliu prigimties ir ju energ.Nedideles energ elektringu daleliu reakciju skerspjuvis yra barno dydzio. 33.Branduoliu dalijimasis Branduoliu dalijimosi teorija.Jis aikinamas panaudojant laselini branduolio modeli.Taciau jis tinka branduoliams,kuriu mases sk A>100. Tarkime,kad normaliomis salygomis branduolys yra rutulio formos,o i ji smogiantis neutronas branduoli suzadina.Suzadintame branduolyje susidarys jo mases virpesiai,rutulys istys ir po to pasidalins i 2 dalis(skeveldras),nes skeveldru + kruviu stumos jega jas issklaidys.Branduoli padalinit reikalinga pakankamo dydzio energ. Kuri vadinama dalijimosi aktyvacijos energ arba dalijim.slenksciu.Si energ.yra (4-7)MeV dydzio: 235U-5.8Mev, 238U-6.3MeV, 239Pu-4.8MeV. Jei branduoliui bus suteikta mazesne energ.tai jis tik susizadins ir,isspinduliaves gama kvantus,grys I normalu buvi. Dalijimosi reakcijos Tipine neutronu sukelta dalijimos schema: n+UA+B+k*n+W; cia A ir B-urano U branduolio dalijimos skeveldros, k-antriniu neutronu sk. W-issiskyrusios energ.kiekis. Brand.dalijimasis yra statistinio pobudzio,todel gali atsirasti per 90 ivairaus dydzio skeveldru. 235U branduoliai dazniausiai dalijasi I skeveldras, kuriu masiu santykis 2:3, o dalijimaisi i beveik viuenodas dalis(A1A2118) tikimybe labai maza ir lygi0.01% Dalijimosi procese is branduolio ismetami 2,3 arba net daugew antriniu neutronu.Todel rasant dalijimosi reakcijas nurodomas ju vidutinis skaicius {k}-urano branduoliams sis dydis2.5.Dauguma (99.25%) antriniu neutronu issiskiria dalijimosi momentu(per 10-16 – 10-14 s)- jie vadinami momentiniais.Likusieji atsiranda kiek veliau, jie vadinami veluojanciais neutr.(veluoja 0.05s iki 1min.). 34.Valdomos branduolines (dalijimosi) reakcijos Grand.reakcija: dalijantis brand.atsirade antriniai neutronai gali pataikyti i branduolius ir sukelti ju dalijimasi-taip gali nenutrukstamai vykti dalijimosi grandinine reakcija. Jos sparta apibudina neutronu daugejimo koeficientas K. Jis lygus neutronu skaiciaus N1 tam tikroje grand.reakcijos kartoje ir ju skaiciaus N pries tai buvusioje kartoje santykiui: K=N­1/N. Taigi,jei is pradziu buvo N neutronu tai sekancioj kartoj bus KN, o n-toje kartoje NKn. Jei K=1, tai pagautu ir isskirtu neutronu bus tiek pat ir dalijimosi reakcija vyks vienodu greiciu.Tokia rekacija vadinama krizine.Jei K1-plinta ir vad. virskrizine. Ne visiantriniai neutronai dalyvauja grand.reakcijoj, todel koeficinetas K priklauso nuo daugelio faktoriu. Grand.reakcijos susidarymo salygos: Erdve kurioje vyksta dalijimosi reakcija,vad aktyviaja zona. Jai jos matmenys yra mazi, tai dalis antriniu neutr., nepadaline brand.,ja apleidzia. Aktyviosios zonos, kurioje dar gali vykti grand.reakcija, minimalus matmenys vad.kriziniais matmenimis, o tokios zonos mase-krizine mase. Sie parametrai priklauso nuo daliosios medziagos izotopinio sastato, neutronu energ.aktyviosios zonos formos ir joje esanciu priemaisu. Krizine mase galima sumazinti aktyviaja zona apgaubus pakankamai storu nedaliosios medziagos sluoksniu-neutronu atsvaitu(reflektoriumi). Neutronų išsiskyrimas dalijantis urano ir plutonio branduoliams laidžia gauti grandininę reakciją. Jei dalijantis vienam branduoliui išsilaisvinęs neutronas, sukelia kito branduolio dalijimąsi, o vėl išlaisvintas neutronas sukelia dar vieną dalijimąsi, ir t.t., tai ši dalijimosi procesų seka bus palaikoma savaime ir vyks branduolinė reakcija. Valdant sąlygas, kuriomis vyksta reakcija, galima pasiekti, kad vidutiniškai tik vienas neutronas sukeltų naują dalijimąsi. Taip palaikomas vienodas energijos išsiskyrimas. Tokios reakcijos pagrindu veikia branduolinis reaktorius. Jei mažame tūryje sukaupsime didelį daliosios medžiagos kiekį, tai galime gauti lavininį procesą, kurio kiekviename sekančiame etape dalyvauja vis daugiau branduolių. Šioje nevaldomoje grandininėje reakcijoje dalijimosi energija išsiskiria sprogimo forma. 35.Branduoliu sintezes (tarp ju ir termobranduolines) reakcijos. Ju valdymo problema. Šios reakcijos metu išsiskiria labai didelis energijos kiekis. Kad tokia reakcija vyktų, reikia labai aukštos temperatūros, todėl šis procesas vadinamas termobranduoline reakcija. Sintezės metu du lengvi branduoliai jungiasi į sunkesnį. Norint sujungti branduolius, reikia nugalėti Kulono stūmos jėgą, kuri yra mažiausia vandenilio branduoliams. rbr=10-15m,W0.7MeV.Kiekvienam,iš branduolių reikia suteikti 0.35MeV.Tokią šiluminio judėjimo energiją atitinka 2*109 K. Praktiškai lengvų branduolių sintezė vyksta ir prie žemesnių temperatūrų, nes, dėl atsitiktinio dalelių pasiskirstymo pagal greičius, visuomet yra branduolių, kurių energija žymiai viršija vidutinę. Todėl pakanta 107 K. Patogiausiai sintezei naudoti deuterio ir tričio branduolius. Reikiama temperatūra pasiekiama sprogdinant branduolinį užtaisą. Tada, kai T107K, . Taigi šiuo atveju išsiskyrusi energija yra 3,5 MeV / nukleonui. Branduolių dalijimosi metu išsiskiria 0,87 MeV / nukleonui.Deuteris yra gaunamas iš sunkiojo vandens elektrolizės būdu, jį skaidant.O tritis–bombarduojant litį neutronais. Tričio skilimo pusamžis T=12,6m.Norint šią reakciją valdyti reikia kažkuriame tūryje pasiekti ir palaikyti 108K temperatūrą. Tokią temperatūrą galima gauti dujas smarkiai praretinus ir pro jas praleidžiant stiprią elektros srovę(medžiagą pervedus į plazmos būsena).Aukštos temperatūros plazma nuo indo sienelių atskiriama magnetiniu lauku. Tam panaudojant plazmą kuriančios srovės magnetinį lauką. Jei teka srovė, tai kuriamas magnetinis laukas. Deja, tokioje būsenoje plazma nestabili. Dar nėra sukurta valdoma tokia reakcija.Manoma, kad lengvųjų branduolių jungimosi reakcija yra svarbiausias žvaigždžių energijos šaltinis. Nelabai ryškių žvaigždžių viduje, pvz. Saulėje vandenilis jungiasi į helį. Šios reakcijos metu išsiskiria daug energijos. Aukštų temperatūrų žvaigždėse vyksta anglis ir azoto ciklai 36.Daleles ir antidalales. Ju atsiradimas ir anihiliacija. Antimedziagos samprata ir jos egzistavimo galimybe. Dalelė laikoma elementaria, jei pagal dabartinį fizikos raidos lygį, jos negalima laikyti kitų dalelių junginiu. Seniausiai atrasta elementari dalelė yra elektronas.Tai stabili dalelė.Teoriškai buvo numatytas elektronui ekvivalenčios dalelės, turinčios teigiamą krūvį egzistavimas.Ji buvo pavadinta pozitronu.Vėliau tiriant kosminius spindulius pozitronas buvo atrastas. Pozitronas yra elektrono antidalelė. Ir jai susidūrus su elektronu, abi dalelės išnyksta, t.y. anihiliuoja. .Ši reakcija aprašo medžiagos virsmą elektromagnetiniu spinduliavimu. Antidalelių egzistavimo teorija tinka visiems fermionams. Taigi protonas turi turėti antiprotoną, neutronas – antineutroną. Šios dalelės buvo gautos eksperimentiškai. Jei medžiagą sudaro dalelės, tai tikėtina, kad antidalelės gali sudaryti antimedžiagą. Taigi antiatomą sudarytų iš antiprotonų ir antineutronų sudarytas antibranduolys, apie kurį skrieja pozitronai, t.y. antielektronai. Eksperimentiškai antibranduoliai buvo gauti. Kadangi antiatomai sąveikaudami su atomais, anihiliuoja, tai žemės sąlygomis antimedžiaga egzistuoja trumpai. Antiatomams pereinant iš vienos būsenos į kitą, išspinduliuojami antifotonai, kurie savo savybėmis nesiskiria nuo fotonų. Todėl tirdami iš visatos sklindantį spinduliavimą mes negalime spręsti, kas jį sukelia–medžiaga ar antimedžiaga 37.Subatominiu daleliu skirstymas: fotonai, leiptonai, mezonai, barionai Dalelės, kurių masė mažesnė už atomo, vadinamos subatominėmis. Jos gali būti klasifikuojamos pagal rimties masę arba sąveikos pobūdį. Pagal rimties masę galima išskirti 4 grupes: fotonai, leptonai, mezonai, borionai. Fotonai rimties masės neturi ir yra stabilios elementariosios dalelės.Leptonams priklauso elektronai, miuonai, taonai, (miu ir tau leptonai), neutrinai ir visų šių dalelių antidalelės. Leptonai priklauso fermionams. Tai elementariosios dalelės.Mezonai – tai nestabilios dalelės, kurių masė didesnė už elektronų, bet mažesnė už nukleonų. Mezonai, kaip ir fotonai priklauso bozonams. Mezonai nėra elementariosios dalelės, nes jie sudaryti ir iš elementaresnių dalelių – kvarkų.Barionams priklauso sunkiosios dalelės, turinčios pusinį sūkinį. Taigi barionai – fermionai. Barionai, kaip ir mezonai dalyvauja stipriojoje sąveikoje ir dėl to dar vadinami hadronais. Jie taip pat sudaryti iš kvarkų.Be šių dalelių (37) dar egzistuoja apie 200 stipriai sąveikaujančių ir labai trumpai gyvuojančių dalelių, vadinamų rezonansais. 38.Kvarku samprata ir svarbiausios ju ch-tikos. Dabar yra manoma jog tik fotonai ir leiptonai nepasizymi vidine strukt.ir yra elementarus(fundamentalus),o hadronai yra sudaryti is strukturiniu daleliu, kurios vadinamos kvarkais. Sios prielaidos grindzia sudetinga hadronu sandara. 1.Dauguma hadronu yra rezonansai(labia nestabilios daleles)2.Dideles energ.(>5GeV) elektronu sklaida hadronais parode,kad hadronu mase yra pasiskirscius netolygei,o diskreciai labia mazose ju turio srityse (partonuose).3.Sklaidos eksperim.parode kad nukleonu elektrinis kruvis ir magnt momentas taip pat pasiskirste netolygei,o nuo nukleonu centro I ju isore ekspenentiskai mazeja.Kvarkus apibudinantys dydziai, nusakomi hadronams priskirtais kvantiniais skaiciais: sukiniu J,barioniniu kruviu B,elektriniu kruviu Q,izotopiniu sukiniu T,keistumu S, zavumu C, grazumu b ir tikrumu t. Kvarkai yra fermionai,ju mase 0 Ju elementarusis kruvis yra 1/3e ir 2/3e,o barioninis kruvis B=1/3…(nx daugiau nieko neradau ) 39.Keturi fundamentaliųjų sąveikų tipai: gravitacinė, silpnoji, elektromagnetinė ir stiprioji. Pagrindinės jų charakteristikos. Visus procesus, kuriuose dalyvauja dalelės, sąlygoja jų sąveika.Sąveikų tipai. Gamtoje žinomos keturios fundamentalios sąveikos: stiprioji,elektromagnetinė, silpnoji ir gravitacinė.Stiprioji sąveika būdinga dalelėms, kurios vadinamos hadronais. Geriausiai žinomas jų pasireiškimas-branduolinės jėgos, kurios sąlygoja branduolių susidarymą.Elektromagnetinė sąveika pasireiškia tarp elektringų dalelių (dviejų elektronų). Tai plačiausiai pasireiškianti ir geriausiai ištirta sąveika. Šios sąveikos pvz–Kuloninės jėgos, sąlygojančios atomų susidarymą.Nuo jų priklauso kūnų makroskopinės savybės, dalelių atsiradimasir jų anihiliacija, Komptono ir kt. sklaidos...Silpnoji sąveika būdinga visoms, išskyrus fotonus, dalelėms. Geriausiai žinomas jos pasireiškimas–atomų branduolių beta virsmai ir nestabilių dalelių irimas.Gravitacinė sąveika yra universali, t.y. būdinga visiems Visatos kūnams, pasireiškianti kaip visuotinės traukos jėga. Gravitacinė sąveika sąlygoja žvaigždžių, planetų sistemų egzistavimą,tačiau būdama labai silpna mikrodalelių pasaulyje nepasireiškia.Viena sąveika nuo kitos skiriasi sąveikos stiprumo konstanta α, veikimo siekiu R , sąveikos trukme τ. Sąveikų stiprumas. Elektromagnetinės ir gravitacinės sąveikų stiprumas priklauso nuo atstumo r tarp dalelių. Todėl šių sąveikų dydis skaičiuojamas būdingam atstumui, kuris prilyginamas sąveikaujančių dalelių komptoniniam bangos ilgiui Λ, t.y.r=Λ=h/mc; m–dalelės masė. Sąveikos stiprumas α apibūdinamas šitaip: dydis α lygus dviejų dalelių, nutolusių atstumu Λ sąveikos energijos W(Λ) ir daleles rimties mc2 santykiui: α=W(Λ)/(mc2).Tarkime kad daleliu kruvis q lygus elementariajam kruviui e.Ju kulonines saveikos energija W(Λ)=e2/(40 Λ).Tuomet elektromagnetines saveikos stiprumas bus toks: αE= e2/(40hc)1/13710-2 (tai lygmenu smulkiosios strukturos const.) Gravitacines saveikos stipruma rasime palygine dvieju kruvininku(protonu) gravitacines saveikos energ.WG su ju kulonines saveikos ener.WE: αG:αE = WG:WG=(Gm2p/r):(e2/40r)= 40(Gm2p/e2) G-gravit.const, m­p-protono mase.Irase siu dydziu vertes gautume: αG:αE 10-36;is cia αG10-38 Prijunge likusiu αS, αW konstantu vertes gausime tokius fundament.saveiku stiprumus: αS1, αE10-2, αW10-14,αW10-38 cia indeksai-saveiku simb.-S-stipriosios,E-elektromag.W-silpnosios,G-gravitac. Matome kad placiai pasireiskianti elektromag.saveika tik 100 kartu silpnesne uz stipriaja.Jei dal.virsmuose dalyvauja stipr ir silp saveikos-vyraus stipr,o silp pasireiks tik tuomet,jei tvarmes desniai neleis pasireiksti stipr saveikai.(Silpn saveika yra vienintele gamtos jega ardanti branduolius ir daleles).Saveiku siekis.Silpn ir stipr saveikos didejant nuotoliui eksponentiskai mazeja.todel jos pasireiskia mazuose nuotoliuose,o ju siekis yra baigtinio dydzio.(Elektromag ir gravitac saveiku siekiai-begaliniai dydziai R=, didejant nuotoliui tarp daleliu sios saveikos mazeja letai kaip 1/r).Stipr ir silpn saveiku siekiu vertes nustatomos ir eksperiment.duomenu-juos prijunge,turesim tokias siekiu vertes: RS10-15m, RE=, RW10-18m, RG= 1.Vandeniliškasis atomas. Vandenilio pagrindinės būsenos banginė funkcija 1 2.Pagrindinis kvantinis skaičius ir jo fizikinė prasmė 1 3.Šalutinio kvantinio skaičiaus prasmė 1 4.Magnetinio kvantinio skaičiaus fizikinė prasmė. 1 5.Šterno ir Gerlacho bandymas. Elektrono sukinys. Elektrono sukinio ir sukinio magnetinis kvantiniai skaičiai 1 6.Paulio draudimo principas 1 7.Elektronų pasiskirstymas atome 1 8.Periodinė elementų sistema. 1 9.Vandenilio atomų spektrinių linijų serijos ir formulės 1 10.Franko ir Herco eksperimentas bei išvados 1 11.Rentgeno spindulių ištisiniai ir linijiniai spektrai. Mozlio dėsnis 1 12.Atomų sąveikos molekulėje rūšys 1 13.Molekulės rotacinės energ. lygmenys 1 14.Molekulės vibracinės energ lygmenys 1 15.Rotaciniu, vibraciniu ir elektroniniu energijos lygmenu diagrama. Molekuliniu spektru samprata 1 16.Kvantinių šuolių tipai 1 17.Lygmenų užpildymas. Užpildymo apgrąža 2 18.Kaip sudaroma lygmenų užpildymo elektronais apgrąža 2 19.Kvantinių generatorių bei stiprintuvų veikimo principai 2 20.Fononai. Metalų šiluminė talpa 2 21.Metalų elektrinis laidumas. Superlaidumo samprata. 2 22.Atomų energijos lygmenų skilimas susidarant kristalui. Energijos juostos 2 23.Metalai, puslaidininkiai ir dielek. juostinės teorijos požiūriu 2 24.Puslaidininkiai. Savasis elektrinis laidumas 2 25.Priemaišinis elektr. laidumas 2 26.Atomo branduolio nukl. mod 2 27.Branduolio masė, krūvis, spindulys, tankis, sukinys 2 28.Branduolinių jėgų savybės, Branduolinių jėgų aiškinimas 2 29.Branduolio rysio energija. Specifine rysio energija. Mases defektas. 2 30.Radioaktyvusis skilimas, jo desnis 3 31.Radioaktyviojo skilimo desningumai 3 32.Branduoliniu reakciju samprata. Reakcijos efektyvusis skerspjuvis. 3 33.Branduoliu dalijimasis 3 34.Valdomos branduolines (dalijimosi) reakcijos 3 35.Branduoliu sintezes (tarp ju ir termobranduolines) reakcijos. Ju valdymo problema. 3 36.Daleles ir antidalales. Ju atsiradimas ir anihiliacija. Antimedziagos samprata ir jos egzistavimo galimybe. 3 37.Subatominiu daleliu skirstymas: fotonai, leiptonai, mezonai, barionai 3 38.Kvarku samprata ir svarbiausios ju ch-tikos. 3 39.Keturi fundamentaliųjų sąveikų tipai: gravitacinė, silpnoji, elektromagnetinė ir stiprioji. Pagrindinės jų charakteristikos. 3

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!