Plačiai apie fiziką

Šiluminio spinduliavimo svarbiausios sąvokos Nagrinėjome šviesos interferenciją, difrakcija, poliarizaciją ir dispersiją. Šie optiniai reiškiniai lengvai paaiškinami, šviesa laikant tam tikro dažnio elektromagnetinėmis bangomis. Dėl to fizikos skyrius, aiškinantis optinius reiškinius šiuo požiūriu, vadinamas bangine optika. Tačiau banginė optika neįstengė paaiškinti kai kurių kitų vėliau atrastų šviesos reiškinių, pavyzdžiui, fotoefekto, šiluminio spinduliavimo dėsnių ir kt. Kaip vėliau paaiškėjo, pastarieji reiškiniai lengvai paaiškinami laikant šviesą ne bangomis, o tam tikros energijos dalelių (korpuskulų) srautu. Šitaip šviesos reiškinius nagrinėjantis fizikos skyrius vadinamas kvantine optika. Šiluminio spinduliavimo samprata. Gamtoje yra daugybė įvairių materijos — medžiagos bei lauko — pavidalų. Tačiau kvantinei optikai ir apskritai kvantinei fizikai sukurti bene daugiausia duomenų gauta nagrinėjant šiluminį spinduliavimą. Čia tenka pabrėžti, kad spinduliavimo (radiacijos) sąvoką fizikai vartoja dviem prasmėmis: 1) ji reiškia vakuume ar materialioje erdvėje sklindančių elektromagnetinių bangų ar dalelių srautą; 2) bangų ar dalelių sklidimo iš materialiosios sistemos procesą. Gamtoje labiausiai paplitęs spinduliavimas, kurį sužadina medžiagos dalelių šiluminiai virpesiai. Šitaip sukeltas elektromagnetinis spinduliavimas vadinamas šiluminiu, arba temperatūriniu. Įvairiais kitais būdais sužadintas spinduliavimas vadinamas liuminescenciniu, pavyzdžiui, katodinė liuminescencija, fotoliuminescencija, cheminė liuminescencija ir kt. Kiekvienas kūnas, kurio temperatūra aukštesnė kaip 0 K, spinduliuoja energiją. Tačiau būdamas žemos temperatūros, jis skleidžia tik infraraudonuosius spindulius; Kuo temperatūra aukštesnė, tuo platesnis spinduliavimo dažnių diapazonas: aukštoje temperatūroje jau spinduliuojami regimieji bei ultravioletiniai spinduliai. Be to, kylant temperatūrai, didėja bet kokio dažnio spinduliavimo intensyvumas. Taigi šiluminio spinduliavimo intensyvumas ir spektras priklauso nuo spinduliuojančio kūno savybių ir temperatūros. Spinduliuojantį kūną A (1.1 pav.) apgaubkime spinduliavimą idealiai atspindinčiu apvalkalu. Tuomet kūno skleidžiamoji spinduliavimo energija neišsisklaido erdvėje, o visiškai atsispindėjusi nuo apvalkalo vėl daugiau ar mažiau sugeriama kūno — vyksta nepertraukiama energijos kaita. Kai per laiko vienetą kūnas išspinduliuoja tiek pat energijos, kiek ir sugeria, tarp kūno ir jo spinduliavimo nusistovi dinaminė pusiausvyra. Šitokį kūno šiluminį spinduliavimą vadiname pusiausviruoju. Patirtis rodo, kad tik šiluminis spinduliavimas gali būti pusiausvirasis. Visų rūšių liuminescencinis spinduliavimas yra nepusiausvirasis. Spektrinis spinduliavimo tankis. Kietųjų kūnų ir skysčių šiluminio spinduliavimo spektras yra ištisinis: jį sudaro platesnis ar siauresnis dažnių n (arba bangos ilgių l) intervalas. Pažymėkime dWn,T energijos srautą (energijos kiekį, išspinduliuotą per laiko vienetą), kurį vienetinio ploto kūno paviršius spinduliuoja 2p erdviniu kampu dažnių intervale nuo n iki n +d n. Jei intervalo plotis d v labai mažas, tai dWn,T ~d n, o jų santykis vadinamas spektriniu energijos spinduliavimo tankiu arba emisijos geba (labiau paplitęs terminas). Ši svarbiausia kiekybinė kūno šiluminio spinduliavimo charakteristika išreiškia sąryšį tarp temperatūros T ir spinduliavimo pasiskirstymo pagal dažnį n. Be abejo, šis dydis išreiškia ir spinduliavimo energijos pasiskirstymą pagal bangos ilgį: čia dl — bangos ilgių intervalas, atitinkantis dažnių intervalą dn. Suintegravę abi lygybes atitinkamai visų galimų dažnio ar bangos ilgio verčių atžvilgiu, gautume visą spinduliuojamo energijos srauto tankį, kuris priklauso tik nuo temperatūros. Absorbcijos geba. Sakykime, į kūno paviršiaus elementarųjį plotelį krinta dažniu intervalo nuo n iki n +d n spinduliavimo energijos srautas dWn,T . Šio srauto dalį dW’n,T kūnas sugeria. Nedimensinį jų santykį vadiname kūno absorbcijos geba. Šis dydis priklauso nuo nagrinėjamojo kūno temperatūros ir krintančio spinduliavimo dažnio arba bangos ilgio. Kūną, kurio bet kokioje temperatūroje visų dažnių spinduliavimo absorbcijos geba An,T= l, G. Kirchhofas pavadino absoliučiai juodu kūnu. Jis sugeria visus į jį kritusius spindulius. Šia savybe gamtoje jam artimiausi yra suodžiai. Gana plačioje spektro srityje jų absorbcijos geba artima 0.99, tačiau žemų dažnių infraraudonoje spektro srityje ji yra gerokai mažesnė. Galima pagaminti kūną, kurio spinduliavimo ir absorbcijos savybės labai artimos absoliučiai juodo kūno savybėms. Tai beveik uždara ertmė (1.2 pav.) su nedidele anga. Pro angą patekę spinduliai krinta į ertmės sieneles. Jie iš dalies sugeriami, iš dalies atspindimi ir vėl krinta į sieneles. Šiam procesui pasikartojus labai daug kartų, dalis spindulių galėtų vėl pro angą ištrūkti į išorę. Tačiau dėl daug kartų įvykusios absorbcijos sienelėse praktiškai sugeriami visi bet kokio dažnio spinduliai. Šitokios ertmės absorbcijos geba artima absoliučiai juodo kūno absorbcijos gebai. Kūnas, kurio absorbcijos geba pastovi esant bet kokiam spinduliavimo dažniui, tačiau yra mažesnė už vienetą, vadinamas pilkuoju. Šiluminio spinduliavimo empiriniai dėsniai Kirchhofo dėsnis. Imkime keletą skirtingos temperatūros ir skirtingos absorbcijos gebos kūnų (1.3 pav.). Apgaubkime juos pastovios temperatūros apvalkalu. Kiekvieno kūno temperatūra gali kisti tik dėl šiluminio spinduliavimo ir tokių spindulių absorbcijos. Eksperimentiškai nustatyta, kad ilgainiui visų kūnų temperatūra suvienodėja. Tačiau taip gali atsitikti tik tuo atveju, jei kūnas, kuris per laiko vienetą daugiau energijos sugeria, per ta patį laiką jos daugiau ir išspinduliuoja. Šį dėsningumą kiekybiškai tyrė G. Kirchhofas. Jis 1859 m. atrado svarbiausią šiluminio spinduliavimo dėsnį: konkrečioje temperatūroje kūno emisijos gebos ir absorbcijos gebos santykis nepriklauso nuo to kūno prigimties — tai visiems kūnams, tarp jų ir absoliučiai juodam kūnui, universali dažnio ir temperatūros funkcija. Šis dėsnis skirtingiems kūnams išreiškiamas santykių lygybe kurioje skaitmeniniais indeksais pažymėti skirtingi kūnai, o en,T pažymėta absoliučiai juodo kūno emisijos geba (spektrinis spinduliavimo tankis). Iš Kirchhofo dėsnio išplaukia, kad kai kūnas smarkiau spinduliuoja energiją, tai tomis pačiomis sąlygomis geriau ją ir sugeria. Pavyzdžiui, suodžiais padengta platinos juostelės dalis įkaitusi švyti žymiai ryškiau už nepadengtą suodžiais dalį. Kadangi absoliučiai juodo kūno absorbcijos geba yra lygi l, tai nejuodo kūno spektrinis spinduliavimo tankis negali būti didesnis už tos pačios temperatūros absoliučiai juodo kūno spinduliavimo tankį. Absoliučiai juodo kūno spinduliavimo empiriniai dėsniai. Dažnai reikia žinoti, kiek energijos spinduliuoja per l s kūno paviršiaus ploto vienetas 2p erdviniu kampu visais dažniais nuo 0 iki ¥. Šis nuo kūno temperatūros T priklausantis dydis WT vadinamas energiniu šviesiu, arba išspindžiu. Atsižvelgus į emisijos gebos formulę, jis išreiškiamas šitaip: 1879 m. austrų fizikas J. Stefanas, eksperimentiškai tirdamas kūnų pusiausvirąjį šiluminį spinduliavimą, nustatė, kad jų energinis šviesis yra tiesiog proporcingas absoliutinės temperatūros T ketvirtajam laipsniui. Vėliau eksperimentiškai nustatyta, kad šis teiginys tikrai teisingas tik absoliučiai juodam kūnui. Remdamasis termodinamika, tokią pat išvadą 1884 m. gavo kitas austrų fizikas L. Bolcmanas. Todėl šis absoliučiai juodo kūno šiluminio spinduliavimo dėsningumas vadinamas Stefano ir Bolcmano dėsniu. Jis užrašomas šitaip: Proporcingumo koeficientas s yra fundamentali fizikinė konstanta, vadinama Stefano ir Bolcmano konstanta. Eksperimentais nustatyta, kad s = 5,67032 10 -8 W/(m2 · K4). Nejuodų kūnų išspindis WT taip pat labai priklauso nuo temperatūros, tačiau jiems ši formulė netinka. Tokių kūnų energinį šviesį bandoma išreikšti formule čia koeficientas B ir laipsnio rodiklis n turėtų būti eksperimentiškai nustatomi dydžiai. Vėliau paaiškėjo, kad šie dydžiai priklauso nuo temperatūros. Pavyzdžiui, volframui 1000 K temperatūroje Difrakcine gardele ar kitokiu spektro analizatoriumi suskaidžius absoliučiai juodo kūno skleidžiamus spindulius į spektrą, eksperimentiškai nustatomos spinduliavimo spektrinio tankio en,T arba e l,T vertės. 1.4 paveiksle parodytos dydžio e l,T priklausomybės nuo l kreivės, esant konkrečioms temperatūros vertėms. Iš jų galima padaryti šitokias išvadas. 1. Absoliučiai juodo kūno spinduliavimo spektras yra ištisinis, t. y. spinduliuojamos įvairaus dažnio (ilgio) bangos. 2. Tam tikrą bangos ilgį l 1.4 pav. atitinka spektrinio spinduliavimo tankio maksimumas. Kylant temperatūrai T, šis maksimumas slenka link trumpųjų bangų. 1893 m. vokiečių fizikas V. Vynas nustatė tokį dydžių l0 ir T sąryšį: absoliučiai juodo kūno spektrinio spinduliavimo energijos tankio maksimumą atitinkantis bangos ilgis yra atvirkščiai proporcingas kūno temperatūrai, t. y. čia b — vadinamoji Vyno konstanta; nustatyta, kad b=0,002898 m·K. Šis sąryšis vadinamas Vyno poslinkio dėsniu. Iš jo išplaukia, kad absoliučiai juodo kūno spinduliavimo maksimumas 6000 K temperatūroje yra regimojoje spektro srityje. Kai temperatūra žemesnė, šis maksimumas esti ilgesnių bangų srityje. Todėl švytinčiam kūnui vėstant, jo spektre ima vyrauti vis mažesnio dažnio šviesa, iki galų gale kūnas visai nustoja skleisti regimuosius spindulius. Spinduliavimo kvantinė hipotezė ir Planko dėsnis 1.4 paveiksle parodytų kreivių teorinis nagrinėjimas turėjo lemiamos reikšmės fizikos mokslo raidai. Tiriant absoliučiai juodo kūno spinduliavimą, to kūno teoriniu modeliu imama visais galimais dažniais virpančių harmoninių osciliatorių begalinė sistema. Pagal klasikinę elektrodinamiką kiekvienas toks osciliatorius spinduliuoja jo virpesių dažnio elektromagnetines bangas. Be to, pagal šią teoriją kiekvienos sistemos energija gali kisti tolydžiai, t.y. sistema gali išspinduliuoti bet kokias energijos vertes. Laikantis šios elektromagnetinio spinduliavimo koncepcijos, nepavyko teoriškai gauti 1.4 paveiksle parodytų kreivių analizinės išraiškos. Vadinasi, minėtoji šiluminio spinduliavimo koncepcija neatitinka tikrovės. 1900 m. vokiečių fizikas M. Plankas paskelbė klasikinei fizikai prieštaraujančią prielaidą: dažniu n virpančio osciliatoriaus energija W gali būti ne bet kokia, o tik dydžio hn kartotinė, t. y. čia h — Planko konstanta. Eksperimentiškai nustatyta, kad h = 6,626 x 10-34 J · s. Dydį, kurio dimensija išreiškiama sandauga energija x laikas, fizikai vadina veikimu. Dėl to Planko konstanta dar vadinama veikimo kvantu. Taigi pagal Planko hipotezę osciliatoriaus energija gali būti ne bet kokia — ji kvantuota. Dydis yra mažiausias galimas osciliatoriaus energijos kiekis; jis vadinamas energijos kvantu. Remdamasis šia energijos kvantavimo hipoteze ir statistinės fizikos dėsniais, M. Plankas gavo šitokią absoliučiai juodo kūno spinduliavimo spektrinio tankio analizinę išraišką: čia k — Bolcmano konstanta, c — šviesos greitis vakuume. Ši Planko formulė aprašo energijos pasiskirstymą absoliučiai juodo kūno spinduliavimo spektre. Iš emisijos gebos (dažnio ir bangos ilgio atžvilgiu) lygybių gauname: Čia minuso ženklas įrašytas todėl, kad pokyčiai dn ir dl yra priešingų ženklų. Iš lygybės išvestinė todel Į pastarąja lygybę įrašę viršuje esančią išraišką ir iš lygybės c = nl spinduliavimo dažnį n pakeitę bangos ilgiu l, gauname šitokią absoliučiai juodo kūno emisijos gebos en,T išraišką: Pagal šią formulę apskaičiuotos dydžio en,T teorinės vertės labai gerai sutampa su 1.4 paveiksle parodytomis eksperimentinėmis. Tai patvirtina energijos kvantavimo Planko hipotezę. Šią lygybę suintegravus visų dažnių n ar bangų ilgių l diapazone, gaunamas Stefano ir Bolcmano dėsnis. Kai temperatūra pastovi, funkcijos ekstremumo sąlyga yra del/dl = 0. Iš jos išplaukia Vyno poslinkio dėsnis. Taigi empiriniai absoliučiai juodo kūno šiluminio spinduliavimo dėsniai išplaukia iš M. Planko išvestos formulės. Šviesos šaltiniai. Visi realūs kūnai nėra absoliučiai juodi, todėl jų absorbcijos geba Al,T yra realus dydis, jei jo operatorius A’ tenkina lygybę Visi operatoriai, tenkinantys šia sąlygą, vadinami ermitiniais. Taigi visi dinaminių kintamųjų operatoriai yra tiesiniai ir ermitiniai. Bendroji Šrėdingerio lygtis. Kaip žinome, fundamentalūs gamtos dėsniai ir juos išreiškiančios lygtys užrašomos remiantis postulatais. Išsprendę svarbiausia kvantinės mechanikos lygtį, gauname dalelės ar dalelių sistemos būseną aprašančią banginę funkciją. Tai, kad sprendimo rezultatas yra funkcija, o ne skaičius, rodo, jog ši lygtis turi būti diferencialinė. Ją 1926 m. postulavo austrų fizikas E. Šrėdingeris, todėl ji dabar vadinama bendrąja Šrėdingerio lygtimi. Ji užrašoma šitaip: čia i — menamasis vienetas, o H’ — Hamiltono operatorius. Pasinaudoję jo išraiška, bendrąją Šrėdingerio lygtį perrašome šitaip: čia D— Laplaso operatorius. Dydis V yra tokia koordinačių ir laiko funkcija, kurios neigiamas gradientas lygus jėgai, kuri veikia m masės dalelę. Tuo atveju, kai dydis V nuo laiko tiesiogiai nepriklauso, jis reiškia dalelės potencinę energiją. Taigi Šrėdingerio lygtis yra postuluota antrosios eilės diferencialinė lygtis. Išsprendus šią lygtį gauti teoriniai rezultatai gerai sutampa su eksperimentiniais duomenimis, taigi patvirtina kvantinės mechanikos postulatus. Stacionarioji Šrėdingerio lygtis. Fizikoje svarbūs atvejai, kai dalelės juda stacionariųjų jėgų lauke. Tuomet bendrojoje Šrėdingerio lygtyje esantis dydis V=V (x, y, z) yra dalelės potencinė energija, kuri nuo laiko tiesiogiai nepriklauso. Šitokia dalelės būsena vadinama stacionariąja. Iš diferencialinių lygčių teorijos išplaukia, jog šiuo atveju bendrosios Šrėdingerio lygties sprendinį galima užrašyti dviejų funkcijų sandauga: čia viena jų (y) priklauso nuo dalelės padėties, o kita (j) — nuo laiko. Prisiminę, kad Laplaso operatorius D veikia tik funkcija y, o operatorius d/dt — tik j, gauname: Šią lygybę padaliję iš sandaugos jy ją perrašome šitaip: Pastarosios lygybės kairėje pusėje esančios funkcijos y ir V priklauso tik nuo koordinačių, o dešinėje esanti funkcija j — tik nuo laiko. Be to, ši lygybė turi galioti bet kuriuo laiko momentu, bet kuriame erdvės taške. Šitaip gali būti tik tuomet, kai abi lygybės pusės lygios tai pačiai konstantai. Pažymėkime ja simboliu W. Taigi lygybę galima užrašyti šitokiomis dviem lygtimis: Iš čia Sudedami ar atimami tik tais pačiais vienetais matuojami dydžiai, todėl konstanta W reiškia energija. Jeigu dalelės potencinė energija V=0, tuomet W yra jos kinetinė energija, kuri sutampa su laisvosios dalelės pilnutine energija. Iš čia išplaukia, kad W— V yra kinetinė, o W — pilnutinė energija. Tuomet lygtį galima perrašyti šitaip: Ši lygtis yra nagrinėjamos dalelės Hamiltono operatoriaus tikrinių verčiu lygtis: Aptarta lygtis vadinama stacionariąja Šrėdingerio lygtimi. Ji užrašyta banginės funkcijos Y koordinačių dedamajai y. Lygtyje atskyrę kintamuosius, gauname pirmos eilės homogeninę diferencialinę lygtį Vienas lygties sprendinių yra funkcija Todėl stacionarioje būsenoje esančios dalelės pilnoji banginė funkcija užrašoma šitaip: Ši funkcija turi tenkinti ne tik normuotume ir standartines sąlygas, bet ir kiekvienam uždaviniui savitas kraštines sąlygas. Dabar stacionariems atvejams Borno postulatą, arba dalelės aptikimo tikimybės tankį, galime perrašyti šitaip: Taigi stacionariuose uždaviniuose dažniausiai nagrinėjama tik banginės funkcijos koordinačių dedamoji y. Pagrindiniai kvantinės mechanikos principai Kvantinės mechanikos objektas ir jos dėsnių ypatumai Niutono dėsniais pagrįsta mechanika vadinama klasikine. Patirtis rodo, kad ji gerai tinka makroskopiniams kūnams. Tačiau ją taikant mikrodalelėms, kartais gaunami prieštaravimai. Taigi kai kurie klasikinės fizikos dėsniai ne visada tinka mikrodalelėms. Fizikos mokslo raidoje sukurta fizikos Šaka, tinkanti mikrodalelėms, vadinama kvantine mechanika. Reikia pabrėžti, kad kai kurie postulatai yra bendri abiem šioms mechanikoms — ir klasikinei, ir kvantinei. Pavyzdžiui, bendri yra kai kurių fizikinių dydžių tvermės postulatai (energijos, judesio kiekio, jo momento, elektros krūvio ir kt.). Tačiau kai kurie kiti kvantinės mechanikos dėsniai taip smarkiai skiriasi nuo klasikinės mechanikos dėsningumų, kad jiems aprašyti prireikė net specialaus matematikos aparato. Nurodysime du svarbiausius skirtumus tarp klasikinės ir kvantinės mechanikos. 1. Jau aptarėme, kad mikrodalelėms budingos bangų savybės. Šioms bangoms aprašyti vartojama funkcija, kuri kvantinėje mechanikoje vadinama bangine funkcija. Dėl dalelės banginių savybių neįmanoma apibrėžti, kuriame erdvės taške konkrečiu laiko momentu yra toji dalelė, — galima kalbėti tik apie tikimybę jai būti tame taške. Taip pat ir kitus ją aprašančius fizikinius dydžius (greitį, energiją ir t. t.) galima nusakyti tikimybiškai. Klasikinėje mechanikoje vartojama dalelės judėjimo trajektorijos sąvoka, kvantinėje mechanikoje taip pat praranda prasmę. 2. Klasikinėje mechanikoje sąryšis tarp fizikinių dydžių nusakomas dėsniu, kuris išreiškiamas formule. Kvantinėje mechanikoje, dalelės būseną aprašant tikimybiškai, šių formulių tiesiogiai taikyti negalima, ir jos dažnai užrašomos naudojantis fizikinių dydžių operatoriais. Tai daroma laikantis postulato, kad kiekvieną fizikinį dydį atitinka tam tikras operatorius ir tarp operatorių egzistuoja tie patys sąryšiai kaip klasikinėje fizikoje tarp fizikinių dydžių. Kaip matysime, pereinant nuo mikrosistemų prie makrosistemų, kvantinės mechanikos dėsniai virsta klasikinės fizikos dėsniais. Taigi nors šios teorijos ir labai skirtingos, vis dėlto kvantinės mechanikos negalima priešpastatyti klasikinei, — kiekviena jų tam tikromis sąlygomis yra teisinga. Nagrinėsime tik tokius uždavinius, kuriuose mikrodalelės kinetinė energija yra labai maža palyginti su jos rimties energija. Tokius uždavinius sprendžianti kvantinė mechanika vadinama nereliatyvistine. De Broilio hipotezė. 1924 m. prancūzų fizikas de Broilis priėjo išvadą, kad dvejopa prigimtis būdinga ne tik šviesai; šis reiškinys mikropasaulyje yra universalus, t. y. kiekviena dalelė pasižymi ir bangų, ir korpuskulų savybėmis. Šis teiginys pavadintas de Broilio hipoteze. Taigi kiekvieną dalelę galima aprašyti tam tikra banga. Jos ilgį l ir dalelės judesio kiekį p sieja lygybė l = h/p. Kai dalelės energija nelabai didelė (v£ c), p = mv ir lygybė perrašoma šitaip: čia m — dalelės masė, o v —jos greitis. Ši lygybė vadinama de Broilio formule, o ja aprašomos bangos — de Broilio bangomis. Kaip matyti formulėje, de Broilio bangos ilgis atvirkščiai proporcingas dalelės masei ir greičiui. Pavyzdžiui, 103 m/s greičiu judančią l g masės dalelę atitinka 10-25 mm ilgio de Broilio banga. Šiandien neįmanoma stebėti šitokio ilgio bangų. Dėl Planko konstantos mažos vertės visų makroskopinių dalelių, net ir mažiausių, banginės savybės nėra esminės. Kaip matysime toliau, visai kitaip yra su mikrodalelėmis. Elektronų difrakcija. Praktikoje plačiai naudojami elektrinio lauko pagreitintų elektronų pluoštai. Įvertinkime jų de Broilio bangos ilgį. Klasikinėje fizikoje dalelės judesio kiekį p=mv su jos kinetine energija W=mv2/2 sieja lygybės Atsižvelgę į tai, de Broilio formulę perrašome šitaip: Elektrinio lauko pagreitinto elektrono kinetinė energija W lygi lauko atliktam darbui eU (čia U — greitinantis potencialų skirtumas). Šiuo atveju de Broilio bangos ilgis Kai įtampa U matuojama voltais, o l— angstremais (lÅ=10-10m), koeficientas a skaitine verte =12,225 ir Pavyzdžiui, kai elektronus greitinantis potencialų skirtumas U=100 V, tai l = 12,225 Å. Tai — mažiau nei normalus nuotolis tarp atomų kristale. Kristale dalelės išsidėsčiusios trimačiu periodiškumu — sudaro erdvinę gardelę. Taip pat periodiškai kinta atomų branduolių ir jų elektronų sluoksnių kuriamas elektrinis laukas. Elektronai, sklisdami kristale, sąveikauja su tuo elektriniu lauku. Jeigu elektronai pasižymi bangų savybėmis ir de Broilio bangos ilgis trumpesnis už gardelės periodą, tai jie turėtų difraguoti. Iš tikrųjų 1927 m. JAV fizikai D. Devisonas ir L. Džermeris pirmieji pastebėjo į nikelio monokristalo paviršių krintančių elektronų difrakciją. Neutronų difrakcija. Neutronai, kaip žinome, yra palyginti su elektronais sunkios dalelės. Tačiau kadangi yra elektriškai neutralūs, jie skvarbūs, ir tai plačiai taikoma eksperimentuojant. Dirbtinis neutronų šaltinis yra branduoliniame reaktoriuje besidalijantys sunkiųjų elementų branduoliai. Taip gaunami didelės energijos, taigi labai mažo de Broilio bangos ilgio l neutronai. Kad būtų įmanoma stebėti jų difrakciją kristale, neutronus reikia lėtinti. Tam greitųjų neutronų pluoštas praleidžiamas pro jų lėtintuvą. Sulėtinti neutronai sudaro termodinaminę pusiausvyrą su temperatūros T lėtikliu, todėl jų vidutinė kinetinė energija Neutronų energiją W išreiškus eV, o de Broilio bangos ilgį Å, lygybė perrašoma šitaip: Energijos išraišką įrašę į de Broilio lygybę, gauname šitokią neutrono de Broilio bangos ilgio formulę: Taigi neutrono de Broilio bangos ilgis atvirkščiai proporcingas dydžiui ÖT. Pavyzdžiui, kai T=373 K (100° C), »l1,33 Å. Todėl lėtiems neutronams kristalas yra natūrali erdvinė difrakcinė gardelė. Jų difrakciją 1936 m. atrado H. Halbanas ir P. Preisverkas. Neutronus iš esmės sklaido branduolinių jėgų laukas. Kadangi kristale neutronų sklaidos centrai sudaro trimatę periodinę sistemą, lėtieji neutronai (W0 K) elektronai gali įgyti ir didesnes už wF energijos vertes. Jei w=wF, tai f(wF) =1/2. Iš čia Fermio energija apibrėžiama šitaip: tai energija lygmens, kurio užpildymo elektronais tikimybė lygi 1/2. Funkcijos f(w) grafikai, kai temperatūra T>0K, parodyti 3.2 paveiksle, b, 1 ir 2 kreivėmis, be to, temperatūra T1

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!