Modulio fizika 2 paruoštukė

 1. Vandeniliškasis atomas: a) Kokias sistemas vadiname vandeniliškosiomis? vandeniliškieji atomai, t.y. atomai, sudaryti iš kruvio Ze branduolio ir vieno apie ji skriejančio elektrono (He+, Li2+, ir kt.). b) Vandeniliškojo atomo energija. Koks kvantinis skaičius ji nulemia? Taigi vandeniliškojo atomo energija priklauso nuo pagrindinio kvantinio skaičiaus, kinta diskretiškai, t.y. atomo energija kvantuota. c) Pagrindines busenos bangine funkcija; Atomo busena 1s vadinama pagrindine. Joje atomo energija mažiausia. Šią buseną aprašo tik nuo kintamojo r priklausanti reali bangine funkcija: d) Vandenilio atomas yra W3 energijos lygmenyje (n=3). Kiek skirtingos energijos kvantu jis gali išspinduliuoti, kokio šuolio metu jis išspinduliuos trumpiausio bangos ilgio kvanta? Is formules matome, kad trumpiausios bangos kvanta isspinduliuoja 3-cias suolis. 2. Kvantiniai skaičiai ir jų fizikinė prasmė: a) Apibūdinkite banginės funkcijos nlmψ parametrus n, l ir m (ką kvantuoja šie skaičiai?); Kvantinis skaičius n nurodo elektrono orbitą. Kadangi nuo skaičiaus n priklauso atomo energija, jis vadinamas pagrindiniu kvantiniu skaičiumi. Banginės funkcijos ψ parametras l vadinamas elektrono orbitiniu kvantiniu skaičiumi. Esant apibrėžtam pagrindiniam kvantiniam skaičiui n, orbitinis kvantinis skaičius l gali turėti n verčių (l = 0, 1, 2,..., n-1). Jis kvantuoja elektrono orbitinį judesio kiekio momentą. Banginės funkcijos parametras m vadinamas magnetiniu kvantiniu skaičiumi. Jis gali turėti 2l + 1 vertę (m = 0, ±1, ±2,...,±l) ir kvantuoja judesio kiekio momento projekciją fizikinėje kryptyje, sutampančioje su magnetinio lauko kryptimi: Lz=mћ b) Kokias vertes gali įgyti orbitinis ir magnetinis kvantiniai skaičiai? Orbitinis kvantinis skaičius l gali turėti n verčių (l = 0, 1, 2,..,n-1); Magnetinis kvantinis skaicius gali turėti 2l + 1 vertę (m = 0, ±1, ±2,...,±l). c) Kodėl magnetinis kvantinis skaičius negali būti didesnis už orbitinį? Nes atomo elektronas, jam esant magnetiniame lauke, gali judeti orbitomis, turinciomis (2l+1) skirtingu orientacijų erdvėje. 3. Elektrono sukinys (spinas): a) Koks V. Šterno ir V. Gerlacho bandymo tikslas ir rezultatas? 1922 m. Šternas ir Gerlachas atliko bandymus, kuriais siekė išmatuoti įvairių cheminių elementų atomų magnetinius momentus . Bandymų metu buvo matuojama jėga, veikianti atomą nevienalyčiame magnetiniame lauke. Kai sidabro atomas yra nesužadintas, jo valentinis elektronas yra s būsenoje (l = 0). Tokio atomo visų elektronų atstojamasis orbitinis judesio kiekio momentas taip pat lygus nuliui. Taigi, tokių atomų pluoštelis magnetiniame lauke nukrypti neturėtų. Tačiau eksperimento metu tiek sidabro, tiek ličio atomai nukrypdavo ir į kairę, ir į dešinę. Vadinasi, net ir nesužadinti atomai turi savąjį magnetinį momentą, kuris išorinio magnetinio lauko indukcijos vektoriaus atžvilgiu yra orientuotas dvejopai. b) Sukinio kvantinis skaičius; Elektrono sukinys jokio analogo klasikinėje fizikoje neturi, jis yra kvantinis dydis. Eksperimentiškai nustatyta, kad pastarojo vektoriaus projekcija išilgai nukreiptoje Oz ašyje skaitine verte lygi Boro magnetonui, t.y. . c) Sukinio magnetinis kvantinis skaičius. Šterno ir Gerlacho bandymas parodė, kad ms = ± 1/2. 4. Elektronų pasiskirstymas atome: a) Kokioms dalelėms galioja Paulio draudimo principas? Suformuluokite jį; Paulio draudimo principas: jokio atomo (arba kitos kvantinės sistemos) stacionariame būvyje, kuris nusakomas keturiais kvantiniais skaičiais n, l,m ir ms, negali būti daugiau kaip vienas elektronas. b) Kokiais pagrindiniais principais grindžiamas elektronų pasiskirstymas atome? Jų pasiskirstymas atome pagrįstas Paulio principu ir mažiausios energijos principu, kuris teigia, kad nesužadintame atome elektronai pasiskirsto taip, kad atomo energija būtų mažiausia. c) Kiek elektronų su trimis vienodais kvantiniais skaičiais (n, l ir m) gali būti vienoje kvantinėje sistemoje? 5 elektronai su trimis vienodais kvantiniais skaičiais (n, l ir m) gali būti vienoje kvantinėje sistemoje. 5. Vandenilio atomo spektrai: a) Paaiškinkite emisijos ir absorbcijos spektrų sąvokas; Emisijos spektras – spektras, susidedantis iš įvairių elementų ir jonų emisijos linijų. Absorbcijos spektras – ištisinis spektras, perkirstas tamsiomis linijomis. b) Kokiame bangų ruože stebimos Laimano, Balmerio ir Pašeno spektro linijų serijos? n – bangų ruožai. n=1 – Laimano serija, n=2 – Balmerio, n=3 – Pašeno. (regimajame spektro ruože 410-656nm) c) Užrašykite ir paaiškinkite spektro linijų serijų formulę. , m>n; - serijos linijos dažnis; R – Rydbergo konstanta; m,n – sveikieji skaičiai. 6. Franko ir Herco eksperimentas: a) Kokiu tikslu Dž. Frankas ir G. Hercas atliko jų vardu pavadintą eksperimentą? Ištirti (patvirtinti arba paneigti) Boro postulatus eksperimentiškai. b) Paaiškinkite eksperimento schemą ir gautą voltamperinę charakteristiką; Elektroninis vamzdis, išsiurbus orą, pripildytas gyvsidabrio garų, kurių slėgis apie 10Pa. Įkaitęs katodas elektronus, kuriuos greitina itampos U šaltinis. Tinklelio ir anodo grandinėjė ijungti elektronus stabdančios nedidelės įtampos (~0,5V) šaltinis ir jautrus galvanometras. Juo matuojamas anodo srovės Ia stiprumas: c) Kokią teoriją patvirtino Franko ir Herco bandymas? Franko ir Herco bandymai patvirtino ir antrąjį (dažnių) Boro postulatą (gali sugerti tiktai tam tikrų dydžių energijas). 7. Rentgeno spindulių spektrai: a) Kaip gaunami rentgeno spinduliai? Yra dirbtiniai ir gamtiniai Rentgeno spindulių šaltiniai. Gamtiniai – tai radioaktyvieji izotopai, Saulė ir kai kurie kiti kosminiai kūnai. Dirbtiniuose šaltiniuose Rentgeno spinduliai susidaro stabdant greitas elektringąsias daleles, dažniausiai elektronus. Taip Rentgeno spinduliai susidaro Rentgeno vamzdžiuose, kineskopuose, elektroniniuose vamzdžiuose, netgi elektroninėse lempose ir kt. Jo pagrindinės savybės: - trumpųjų bangų srityje spektras turi nuo anodo medžiagos prigimties nepriklausantį minimalų bangos ilgį λmin=λ0 - didinant potencialų skirtumą, λ0 mažėja, t.y. spinduliai tampa „kietesni“; - didinant potencialų skirtumą, spinduliavimo intensyvumas didėja. b) Nuo ko priklauso ištisinio rentgeno spindulių spektro ribinis bangos ilgis? Minimalus bangos ilgis išspinduliuojamas tada, kai visa elektrono kinetinė energija virsta Rentgeno spindulių kvanto energija: c) Kaip susidaro linijinis (būdingasis) rentgeno spindulių spektras? Jeigu elektronus greitinanti itampa viršija tam tikrą anodo medžiagai būdingą vertę, tuomet Rentgeno spindulių spektras būna sudarytas iš dviejų dalių: be stabdomojo spinduliavimo stebimas monochromatinis spinduliavimas. Jis būdingas elektronus stabdančiai medžiagai, todėl vadinamas būdinguoju spinduliavimu. Eksperimentiškai nustatyta, kad būdingojo spinduliavimo spektro linijos susitelkusios į serijas. Jos vadinamos K, L, M, N ir t.t. serijomis. Kiekviena serija sudaryta iš keleto linijų. Jos žymimos indeksais α,β,γ,… (Kα, Kβ, Kγ,...,Lα, Lβ, Lγ,... ir t.t.) atitinkamai didėjančiam dažniui. d) Užrašykite ir paaiškinkite Mozlio dėsnį. Kiekvienas elementas skleidžia apibrėžto ilgio savąją Kα liniją. Didėjant elemento eilės numeriui Z, Kα linijos bangos ilgis mažėja. Apibendrintai ši formulė užrašoma taip: ----------------------- čia n ir m – atitinkami sveikieji skaičiai (pradinės ir galinės būsenos kvantiniai skaičiai), σ – ekranavimo konstanta, įvertinanti kaimyninių elektronų įtaką išmušamam elektronui, a – kiekvienai serijos linijai būdinga konstanta. Tai yra Mozlio dėsnio matematinė išraiška: kvadratinė šaknis iš Rentgeno spindulių dažnio yra elemento eilės numerio tiesinė funkcija. 8. Atomų sąveikos molekulėje rūšys: a) Joninė sąveika; Tarp priešingų ženklų krūvius turinčių jonų veikiantis ryšys vadinamas joniniu arba heteropoliniu, o tokios molekulės – joninėmis. Tipiški joninių molekulių atstovai – šarminių metalų halogenidai: NaCl, KBr ir kt. b) Kovalentinė sąveika; Tarp neutralių atomų egzistuojantis ryšys vadinamas valentiniu arba kovalentiniu (HF, NO, NH3CH4 ir kt.). Paprasčiausia kovalentinio ryšio molekulė yra vandenilis H2, sudarytas iš dviejų protonų ir dviejų elektronų. c) Kaip aiškinamas valentinis (kovalentinis) ryšys molekulėse? Kovalentinio ryšio kvantinę teoriją vienodiems atomams 1927 m. sukūrė V.Heitleris ir F.Londonas. Pagal ją, kovalentinis ryšys užsimezga tada, kai valentiniai elektronai ima priklausyti abiems atomams. Jų sukiniai turi būti antilygiagretūs. Tai įvyksta atomams suartėjus ir persidengus elektronų debesims. Valentiniai elektronai dalį laiko „prabūna“ prie vieno atomo, dalį prie kito, tuo susiedami abu atomus. Tokia atomų sąveika vadinama pakaitine. 9. Molekulių spektrų samprata: a) Apibūdinkite galimus molekulių judėjimus ir energiją, juos atitinkančius lygmenis; Molekulinio spektro atskira linija atsiranda pakitus molekulės energijai. Laisvosios molekulės energiją W galima išskaidyti į kelias sąlyginai nepriklausomas dedamąsias: jos masės centro slenkamojo judėjimo energiją Ws, elektronų judėjimo ir sąveikos energiją We, atomų branduolių vibracijos energiją Wv, molekulės kaip visumos sukamojo judėjimo (rotacijos) energiją Wr ir molekulę sudarančių branduolių energiją Wb: W=Ws+We+Wv+Wr+Wb Molekulės energija Ws yra nekvantuota, todėl ji, kaip ir Wb, pastebimos įtakos molekuliniams spektrams neturi. Taigi, molekulinių spektrų dėsningumus nulems trys likusios energijos dedamosios: W*=Wv+We+Wr b) Kaip išsidėstę molekulių rotaciniai, vibraciniai ir elektroniniai energijos lygmenys? Pateikite lygmenų išsidėstymo schemą; DWe>>DWv>>DWr Taigi, gretimi elektronų energetiniai lygmenys yra toli vienas nuo kito palyginus su gretimais vibraciniais, o tuo labiau rotaciniais energetiniais lygmenimis  c) Kokiame spektro ruože yra elektroniniai, vibraciniai ir rotaciniai molekuliniai spektrai? Rotacinio spektro spinduliavimas yra ilgojo infraraudonojo spinduliavimo (šimtai mikrometrų) diapazone. Vibracinis molekulinis spektras yra artimoje (iki kelių mikrometrų) ir vidutinėje (iki keliųdešimčių mikrometrų) infraraudonojoje spektro srityje. Elektroniniai molekuliniai spektrai yra regimojoje ir ultravioletinėje spektro srityse. 10. Kvantiniai stiprintuvai ir generatoriai: a) Kvantinių šuolių tipai; • be pašalinio poveikio vykstantis kvantinis šuolis vadinamas savaiminiu arba spontaniniu. • 1916 m. A.Einšteinas numatė dar vieną kvantinių šuolių tipą – priverstinius arba indukuotuosius. Tokie šuoliai vyksta tada, kai sužadintame lygmenyje esantį atomą veikia pašalinė spinduliuotė. b) Kada galimas šviesos „stiprinimas“ medžiagoje? Medžiaga sklindančios spinduliuotės intensyvumas didės tik tuomet, kai indukuotųjų spindulinių šuolių bus daugiau, negu absorbcinių. c) Kas yra lygmenų užpildymo apgrąža ir kaip ji gali būti gaunama? Inversija (apgrąža), t.y. sužadintų atomų skaičius didesnis už normalios būsenos atomų skaičių. Inversiją galima gauti trijų ir daugiau energijos lygmenų sistemoje, jei, žinoma, lygmenys tenkina tam tikras sąlygas. d) Kaip veikia lazeris? Įtaisas, kuriuo dėl indukuojamųjų spindulinių šuolių generuojamas υ dažnio signalas, vadinamas kvantiniu generatoriumi. Jeigu dažnis υ yra optinių dažnių diapazone, prietaisas vadinamas lazeriu. Pirmasis kietojo kūno lazeris sukurtas naudojant rubino kristalą. Raudonasis rubinas yra aliuminio oksido kristalas, kuriame apie 0,05% aliuminio atomų pakeista chromo jonais. Chromo jonai sužadinami spiralės formos impulsine ksenono lempa. Lempa gaubia rubino strypą plokščiais tarpusavyje lygiagrečiais galais. Iš kondensatorių baterijos tekančios srovės impulsas sukelia ryškų lempos žybsnį, dėl ko didesnioji dalis atomų sužadinami ir atsiduria lygmenyje W2. Vykstant savaiminiams šuoliams 2 → 1, spinduliuojami įvairių krypčių fotonai. Tie, kurie sklinda kampu į strypo ašį, iš strypo išeina ir tolimesniems procesams nedaro jokios įtakos. Išilgai strypo sklindantys fotonai, daug kartų atsispindėję nuo jo galų, sukuria tapačių fotonų laviną. Pasiekę pusiau skaidrų veidrodį, dalis fotonų srauto išeina į išorę, o atsispindėjusieji lieka strypo viduje, sužadindami naujus spindulinius šuolius. Toks lazeris veikia impulsiniu režimu. 11. Kristalai. Energijos juostos: a) Kuo skiriasi amorfines ir kristalines medžiagos? Kietieji kūnai gali būti kristaliniai arba amorfiniai. Kristalai – tai kietieji kūnai, kuriems būdinga taisyklinga geometrinė forma; ją lemia periodiškas dalelių išsidėstymas kristalo viduje. Kristalą sudarančių dalelių – atomų, molekulių ar jonų – taisyklingas išsidėstymas periodiškai kartojasi šimtus tūkstančių kartų, todėl sakoma, kad kristaluose yra tolimoji tvarka. Neturintieji kristalinės struktūros kietieji kūnai vadinami amorfiniais. Amorfines medžiagas (vašką, parafiną, gintarą, stiklą) galima laikyti net ne kietaisiais kūnais, o didelio klampumo skysčiais, nes jų dalelių išsidėstymui būdinga tik artimoji tvarka, ir jie turi skysčio savybių (pvz., derva, ilgai veikiama slėgio, teka). b) Kaip aiškinamas atomu energijos lygmenu skilimas susidarant kristalui? Isivaizduokime kristalo susidarymą iš atskiru atomu. Kol atomai izoliuoti, t.y. toli vienas nuo kito, ju energetiniai lygmenys sutampa. Mažejant atstumui tarp atomu, del ju tarpusavio sąveikos, atskiru atomu energetiniai lygmenys pasislenka, išsiskaido ir išplinta i juostas, sudarydami taip vadinamą juostini energetini spektrą. Atstumai tarp gretimu suskilusiu lygmenu priklauso nuo sąveikos stiprumo, t.y. nuo atstumo tarp atomu. Nusistovejus tam tikram atstumui tarp atomu, kristalo energijos lygmenys susigrupuoja i juostas. 12. Metalai, puslaidininkiai ir dielektrikai juostines teorijos požiuriu: a) Kaip juostu išsidestymas ir užpildymas elektronais nulemia medžiagu elektrines savybes? Visiškai užpildytų juostų atvejis - dielektrikai. Elektrinis laukas gali pakeisti judėjimą tik tų elektronų, kurie randasi nepilnai užpildytoje juostoje. Išorinio elektrinio lauko veikiamas elektronas laisvojo kelio nuotolyje įgyja 10−8 − 10−4 eV energiją. Jos pakanka jį perkelti į tos pačios juostos didesnės energijos lygmenis, bet nepakanka elektronus perkelti į laidumo juostą.Tokie perėjimai galimi tik tuo atveju, jei ši juosta nėra elektronų visiškai užpildyta. Tačiau esant visiems valentinės juostos energijos lygmenims užimtiems ir jei ji atskirta nuo laidumo juostos pakankamai plačia draustine juosta, elektronai elektriniame laidume nedalyvauja. Išorinis elektrinis laukas šiose medžiagose srovės nesukuria, o jos vadinamos dielektrikais (technikoje – izoliatoriais). Iš dalies užpildytų energijos juostų atvejis. Tokioje juostoje yra didelis skaičius laisvų lygmenų (b), kurių energijos nežymiai skiriasi nuo užimtų lygmenų. Todėl elektrinis laukas gali elektronus perkelti į gretimus laisvus lygmenis. Taip medžiagoje bus sukurta srovė. Medžiagos, kuriose valentinė juosta yra iš dalies užpildyta elektronais, vadinamos laidininkais. Tipiniai laidininkai yra metalai. b) Kada puslaidininkiai pagal elektrini laiduma supanašeja su dielektrikais? Puslaidininkių savitojo laidumo temperatūrinė priklausomybė nusakoma eksponentės dėsniu – didėjant temperatūrai, puslaidininkių laidumas stipriai didėja, mažėjant jai, laidumas mažėja ir esant T=0 K savasis laidumas lygus 0. 13. Savasis puslaidininkių laidumas. a) Kaip aiškinamas laisvųjų elektronų ir skylių susidarymas grynajame puslaidininkyje? Tarkime, kad užimtos valentinės juostos elektronas (a), gavęs šiluminio judėjimo energiją ∆W≥Wg , pereina į laidumo juostą. Tuomet valentinėje juostoje susidaro neužimtas energijos lygmuo. Šitokią kvantinę būseną kristale vadina skyle. Skylei priskiriamas elementarusis dydžio e krūvis. Atsiradusią skylę gali užimti bet kuris valentinės juostos elektronas. Elektronui valentinėje juostoje kylant aukštyn, skylė atitinkamai leidžiasi žemyn. Šitoks skylių judėjimas valentinėje juostoje vadinamas skyliniu laidumu. Peršokę į laidumo juostą elektronai taip pat dalyvauja elektriniame laidume. Šios juostos sąlygojamas laidumas vadinamas elektroniniu laidumu. Taigi puslaidininkiuose turėsime dviejų tipų krūvininkus: elektronus ir skyles. b) Ar vienodos skirtingų krūvininkų koncentracijos grynajame puslaidininkyje? Grynuosiuose puslaidininkiuose Elektronų koncentracija laidumo juostoje ir skylių valentinėje yra lygios: . c) Puslaidininkinis rezistorius pastoviai prijungtas prie evj šaltinio. Kada grandine tekės didesnio stiprio srovė - karštą dieną ar vėsią naktį? Kodėl? Karstą Saulėtą vasaros dieną puslaidininkyje tekes didesnio stiprio srovė, nes didėjant temperatūrai, puslaidininkių laidumas auga, o metalų – mažėja. 14. Priemaišinis puslaidininkių laidumas: a) Kokias priemaišas galime vadinti donorinėmis ir akceptorinėmis? Tokios priemaišos, kuriu atomai didina laisvuju elektronu skaičiu, vadinamos donorais. Jos yra laisvuju elektronu gardelei tiekejas. Tokiuose puslaidininkiuose vyrauja elektroninis laidumas, o savasis skylinis – nežymus. Jie vadinami n-puslaidininkiais (negative–neigiamas) Skyles kuriančios priemaišos vadinamos akceptoriais, o medžiaga – p puslaidininkiu (positive – teigiamas). b) Kur išsidėstę donoriniai ir akceptoriniai lygmenys (pagal juostinę teoriją)? Juostinės teorijos požiūriu priemaišų atomai sukuria lokalinius energijos lygmenis. Donorinių priemaišų lokaliniai lygmenys yra išsidėstę arti laidumo juostos, akceptorinių – arti valentinės juostos. c) Kaip aiškinamas elektroninis ir skylinis laidumas? Elektroninis puslaidininkio laidumas arba n tipo yra puslaidininke, legiruotame didesnio valentingumo priemaišomis, yra tik vieno tipo judrieji krūvininkai – elektronai, o toki laiduma sukuriančios priemaišos vadinamos donorinėmis. Skylinis laidumas(puslaidininkis p tipo) - kai puslaidininkyje, legiruotame mažesnio valentingumo priemaišomis, taip pat yra tik vieno tipo judrieji krūvininkai – skylės. Toki laidumą sąlygojančios priemaišos – akceptorines. d) Kambario temperatūros gryno Ge (IV gr. elementas) laisvųjų elektronų ir skylių koncentracijos lygios. Kurių krūvininkų koncentracija padidės įvedus indžio (III gr. elementas)? Padidėjo „skylių“ krūvininku, tai matyti is skylinio laidumo. 15. p-n sandūra: a) p tipo ir n tipo puslaidininkų laidumas; n tipo (elektroninis) laidumas - tai puslaidininko, legiruoto didesnio valentingumo priemaišomis, kuriame yra tik vieno tipo judrieji krūvininkai - elektronai, laidumas. Tokį laiduma sukuriančios priemaišos vadinamos donorinėmis. p tipo (skylinis) laidumas - puslaidininkyje, legiruotame mažesnio valentigumo priemaišomis, kuriame yra tik vieno tipo judrieji krūvininkai - skylės. Tokį laidumą sąlygojančios priemaišos vadinamos akceptorinėmis. b) Kas yra pagrindiniai ir kas nepagrindiniai krūvininkai p tipo ir n tipo puslaidininkiuose? p tipo puslaidininkyje pagrindiniai krūvininkai yra skylės, jų koncentracija gerokai viršija nepagrindinių krūvininkų - laisvūjų elektronų koncentraciją; n tipo puslaidininkyje pagrindiniai krūvininkai yra elektronai, jų koncentracija gerokai viršija nepagrindinių krūvininkų - skyliu koncentraciją. c) p-n sandūros voltamperinė charakteristika. Voltamperinė charakteristika - srovės stiprio I priklausomybės nuo įtampos U: 16. Vidinis fotoefektas puslaidininkiuose. a) Kaip aiškinamas krūvininku generacijos procesas puslaidininkiuose? Generacija. Apšvietus puslaidininkį, jame padidėja laisvų krūvininkų tankis. Jo didėjimo greitis vadinamas krūvininkų generavimo sparta. b) Kodėl apšvietus padidėja puslaidininkio elektrinis laidumas? Šviesa islaisvina elektronus. Padideja elektronų koncentracija. (Apšvietus padaugėja laisvųjų krūvininkų ir dėl to varža sumažėja). c) Fotorezistorius pastoviai prijungtas prie evj šaltinio. Kada grandine tekės didesnio stiprio srovė - diena ar nakti? Kodėl? Apšvietus padaugėja laisvųjų krūvininkų ir dėl to varža sumažėja. (Diena, nes didesnis sviesos intencivumas ir didesne temperatura.) 17. Atomo branduolys: a) Atomo branduolio sudėtis ir branduolio modeliai; Branduolys - atomo centrinė dalis, kurioje sutelktas visas teigiamas kruvis ir beveik visa atomo masė. Bet kurio elemento branduolys sudarytas iš protonu (p) ir neutronu (n). Abi šios daleles dar vadinamos nukleonais. Protonui priskiriamas elementarus teigiamas kruvis e=1,6*10-19C, neutronas – neutralus. Fizikai Ivanenka ir Heizenbergas pasiūlė protoninį - neutroninį branduolio modelį. H.Jensenas pasiūlė vadinamąjį sluoksninį branduolio modelį. Nukleonai pasiskirstę sluoksniais ir posluoksniais. Branduoliai, kurių energetiniai lygmenys užpildyti pilnai, yra ypač stabilūs. Jie vadinami magiškaisiais. b) Branduolio masė, krūvis, spindulys, tankis, sukinys ir magnetinis momentas; Branduolio masė proporcinga nukleonų skaičiui branduolyje. Branduolio krūvis lygus dydžiui Ze; čia Z – atomo eilės numeris periodinėje elementų lentelėje. Dydis Z kartu rodo protonų skaičių branduolyje. Branduolio spindulys R priklauso nuo masės skaičiaus A šitaip: Branduolio tankis: Branduoliui, panašiai kaip atomo elektroniniam apvalkalui, priskiriamas impulso momentas. Jis vadinamas branduolio sukiniu: J - vidinis kvantinis skaičius. c) Ką vadiname izotopais? Branduoliai, turintys tą patį protonų skaičių (Z), bet skirtingą neutronų skaičių (N=A-Z), vadinami izotopais. d) Kiek elektronų skrieja apie neutralaus argono atomo branduolį? Apie neutralų argoną skrieja 18 elektronų. 18. Branduolio ryšio energija: a) Branduolio masės defektas, ryšio energija ir savitoji ryšio energija; Masių skirtumas Δm vadinamas branduolio masės defektu: ; Vienam nukleonui tenkanti ryšio energija , t.y. ΔW/A, vadinama nukleono ryšio energija arba savitąja (specifine) ryšio energija. b) Pavaizduokite ir paaiškinkite savitosios ryšio energijos priklausomybę nuo masės skaičiaus; Didžiausia savitoji ryšio energija (apie 8,6 MeV/nukleonui) yra tų branduolių, kurių masės skaičiai tarp 50 ir 60, t.y. geležies ir artimiausių jai elementų. Šių elementų branduoliai yra stabiliausi. Taip pat matyti, kad energijos požiūriu lengviesiems branduoliams yra palanku jungtis į sunkesnius (sintezė), bei sunkesniems dalintis į lengvesnius. Tokiuose procesuose energija išsiskiria, nes reakcijos produktų nukleonų savitoji ryšio energija yra didesnė nei reakcijoje dalyvaujančių branduolių. c) branduolio ryšio energija lygi 39,2 MeV. Kam lygi šio branduolio savitoji ryšio energija? δW=5,6 MeV/nukleonui, nes . 19. Radioaktyvusis skilimas: a) Pagal kokį dėsnį mažėja radioaktyviųjų branduolių kiekis? Radioaktyviųjų branduolių kiekis mažėja pagal radioaktyviojo skilimo dėsnį: . b) Kas yra skilimo konstanta, skilimo pusamžis (puskiekio periodas), vidutinė gyvavimo trukmė? Skilimo konstanta λ lygi tikimybei suskilti branduoliui per laiko vienetą; skilimo pusamžis (puskiekio periodas) - laiko tarpas, per kurį branduolių skaičius sumažėja perpus; vidutinė gyvavimo trukmė - atvirkščias skilimo konstantai dydis . c) Kiek kartų sumažės nesuskilusių radioaktyviojo elemento branduolių skaičius po trijų pusamžių? Po kiekvieno pusamžio elemento branduolių skaičius sumažėja per pusę: Po trijų pusamžių nesuskilusių radioaktyviojo elemento branduolių skaičius sumažės 8 kartus. 20. Dalelių registravimo būdai: a) Kaip veikia ir kam skirtas Geigerio skaitiklis? Skaitiklį sudaro cilindro formos elektrodas (katodas K) ir jo ašyje ištempta plona vielutė (anodas A).Prijungus aukštos įtampos (1000-1200 V) šaltinį, tarp elektrodų sudaromas stiprus elektrinis laukas.Šaltinio neigiamas polius prijungiamas prie katodo, o teigiamas – per didelės varžos rezistorių R, prie anodo. Elektrodai įtaisyti stikliniame vamzdelyje, kuris užpildytas praretintomis (iki 20 kPa) inertinėmis dujomis (90%) ir spirito garais (10%). Praeidami pro skaitiklį, g fotonai dujų tiesiogiai beveik nejonizuota. Jie, sąveikaudami su skaitiklio sienelių atomais, išmuša iš jų elektronus, kurie jonizuoja dujas smūgiu. Skaitiklyje atsiranda laisvųjų elektronų ir jonų, kurie, elektrinio lauko pagreitinti, savo ruožtu toliau jonizuoja dujas. Įvyksta išlydis dujose, ir elektros grandinėje pradeda tekėti srovė. Rezistoriaus R dydis parenkamas taip, kad išlydžio metu jame susidariusio įtampos kritimo, sukeliančio įtampos mažėjimą tarp anodo ir katodo, užtektų išlydžiui nutraukti. Taip suformuotas įtampos impulsas perduodamas į stiprintuvą, o po to – į registravimo įrenginį. Impulso srovės stiprumas nepriklauso nuo pirminių jonų porų skaičiaus ir jų energijos, bet tik nuo įtampos tarp elektrodų ir dujų slėgio. Šis skaitiklis tokiame įtampų režime registruoja į jį patekusių dalelių skaičių. b) Kaip veikia ir ką registruoja Vilsono kamera? Ji skirta energingų elektringųjų dalelių pėdsakams stebėti ir registruoti. Vilsono kamerą sudaro cilindras A, kurio viduje juda stūmoklis B, staigiai išplečiantis garus (4 pav.). Padidėjus tūriui, krinta garų temperatūra, ir buvę sotieji garai tampa persotintais. Jei tuo metu per garus lekia α ar β dalelė, savo kelyje ji palieka daugybę jonų, ant kurių kondensuojasi skysčio lašeliai. Taip dalelės pėdsakas pasidaro matomas, jį galima nufotografuoti. c) Kuo panašios ir kuo skiriasi Vilsono ir burbulinė kameros? Panašumas: Abiejų kamerų indai panašus. Vilsono kameroje dalelė palieka lašelių pedsaka, o burbulinėje kameroje burbuliuku grandinę. Abu pedsakai fotografuojami. Skirtumas: Vilsono kameroje dalelės tiriamos garuose, o burbulinėje skysčiuose. 21. Branduolinių dalijimosi reakcija: a) Kaip remiantis lašeliniu branduolio modeliu aiškinama branduolių, „pagavusių“ neutroną, dalijimosi reakcija? Įsiskverbęs į branduolį neutronas jį sužadina. Sužadintame branduolyje kyla masės virpesiai, rutulio formos branduolys ištįsta ir pasidalija į dvi skeveldras. Skylant urano branduoliui, išlekia 2 ÷ 3 neutronai. Branduoliui padalinti reikalinga tam tikra energija, vadinama dalijimosi aktyvacijos energija arba dalijimosi slenksčiu. Ji yra keleto MeV dydžio. Jei branduoliui suteikiama mažesnė energija, jis tik susižadina ir, grįždamas į normalią būseną, išspinduliuoja γ kvantą. b) Pateikite ir paaiškinkite tipinės branduolių dalijimosi reakcijos pavyzdį; Tipinė urano branduolio dalijimosi schema yra tokia: ; čia X ir Y – branduolio skeveldros, k – antrinių neutronų skaičius, W – išsiskyrusios energijos kiekis. c) Kaip vyksta grandininė reakcija? Dalijantis branduoliams atsiradę antriniai neutronai gali pataikyti i branduolius ir sukelti ju dalijimąsi – taip gali nenutrukstamai vykti dalijimosi grandinine reakcija. Jos spartą apibudina neutronu daugejimo koeficientas K : ; d) Kada grandininė reakcija slopsta, kada plinta (stiprėja)? Jei K=1, dalijimosi reakcija vyksta vienoda sparta. Toks branduolinės reakcijos būvis vadinamas kriziniu. Jei K1 - spartėja (virškrizinis būvis). ; 22. Branduolių sintezės reakcijos: a) Kokios yra būtinos sąlygos branduolių sintezei? Sintezė - branduolių susijungimas į sunkesnius. Sintezė galima tik tada, kai branduoliai vienas prie kito priartėje tokiu atstumu, kad veiktų artiveikės jėgos. Tam trukdo stiprios toliveikės Kulono jėgos. Kulono jėgą galima nugalėti, kai branduoliai juda labai greitai – medžiaga yra labai karšta. Dėl to sintezės reakcijos vadinamos termobranduolinėmis. b) Sintezės reakcijos energetinis našumas; Sintezės reakcijos našumas yra apie 4 kartus didesnis negu branduolinės – priklausomai nuo reaguojančių elementų. . c) Sintezės reakcijų valdymo problemos; Sintezės reakcijas atkurti ir valdyti labai sunku. Reikia kontroliuoti reakcijose dalyvaujančių branduolių kiekius (palaikyti juos pastovius) ir palaikyti pačią reakciją, vykstančią ypatingai aukštose temperatūrose (~108 K). Tokioms temperatūroms atsparių medžiagų nėra. Kol kas vienintėlis sėkmingas būdas yra suspausti pilnai jonizuotas dujas (plazmą) magnetais taip, kad plazma nesiliestų prie reaktoriaus sienų. d) Vykstant deuterio ir berilio termobranduolinei reakcijai, susidaro naujas branduolys ir išspinduliuojamas neutronas. Kam lygus naujai susidariusio branduolio krūvis, kam lygi jo atominė masė? - Čia Q – reakcijos metu išsiskyrus energija. branduolio krūvis: 4+1=5n (+); atominė masė: 9+2-1=10 a.m.v. (atominiai masės vienetai) → susidaro penktasis elementas – Bromas (Br). 23. Dalelės ir antidalelės: a) Kuo panašios ir kuo skiriasi dalelės ir antidalelės? Dalelės ir antidalelės masė, gyvavimo trukmė ir sukinys yra vienodi. Taip pat vienodi elektrinio krūvio ir savojo magnetinio momento moduliai, tačiau jų ženklai yra priešingi. b) Jų atsiradimas ir anihiliacija; Pagal Dirako teoriją, dalelei susidūrus su antidalele, jos abi išnyksta – anihiliuoja, susidarant kitoms elementariosioms dalelėms arba energijos kvantams. Pvz.: Masės m antidalelę galima gauti apšaudant taikinį didelės energijos dalelėmis. c) Antimedžiagos samprata; Iš antidalelių sudaryta materija vadinama antimedžiaga. Atradus antidaleles paaiškėjo, kad gali egzistuoti ir iš jų sudarytieji antimedžiagos atomai. Pavyzdžiui, antiprotonas ir apie jį skriejantis pozitronas sudarys antivandenilio atomą. d) Ar gali greta viena kitos egzistuoti medžiaga ir antimedžiaga? Antimedžiagos susiliejimo su medžiaga reakcijos metu energijos išskiriama kur kas daugiau nei branduolinėje reakcijoje ar termobranduolinėje reakcijoje. Todėl ateityje tikimasi statyti šia reakcija paremtas jėgaines, kurti kosminius laivus, varomus šia jėga, bet tam reikia suprasti daugiau apie antimedžiagą ir išmokti daugiau jos išgauti. 24. Keturi fundamentaliųjų sąveikų tipai ir jų charakteristikos: a) Gravitacinė sąveika: Tai visuotinė, t.y. būdinga visiems Visatos kūnams ir dalelėms. Ji pasireiškia kaip visuotinės traukos jėga. Gravitacinė sąveika sąlygoja žvaigždžių, planetų sistemų egzistavimą, tačiau yra labai silpna ir mikropasaulyje nepasireiškia. b) Silpnoji sąveika: Būdinga visoms, išskyrus fotonus, dalelėms. Geriausiai žinomas jos pasireiškimas – atomų branduolių β skilimas. c) Elektromagnetinė sąveika: Pasireiškia tarp elektringųjų dalelių, pavyzdžiui, tarp protono ir elektrono. Šios sąveikos pavyzdys – Kulono jėgos, sąlygojančios atomų susidarymą, kūnų makroskopines savybes ir kt. Elektromagnetinės sąveikos stiprumas taip pat priklauso nuo atstumo tarp dalelių. Sąveikos trukmė τE ~ 10-20 s. d) Stiprioji sąveika: būdinga dalelėms, kurios vadinamos hadronais. Stiprioji sąveika pasireiškia kaip branduolinės jėgos, sąlygojančios jų susidarymą ir didesnį ar mažesnį stabilumą. Didėjant atstumui tarp dalelių, stiprioji sąveika labai sparčiai (eksponentiškai) silpnėja. Stipriosios sąveikos vidutinė trukmė τS ~ 10-23 s.

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!