ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.11.2019
Просмотров: 7021
Скачиваний: 16
206
частотой
:
2
2
3
0
4
1
1
8
k
n
h
m
e
km
.
Возможные
переходы
между
энергетическими
уровнями
и
формирую
спектр
атома
водорода
.
Для
удобства
рассмотрения
в
спектре
излучения
водорода
выделяют
т
.
н
.
серии
,
то
есть
спектральные
линии
,
соответствующие
всем
возможным
переходам
на
данный
уровень
с
вышележащих
:
–
серия
Лаймана
(
УФ
область
)
формируется
при
всех
возможных
переходах
с
вышележащих
уровней
на
первый
(
в
т
.
н
.
основное
состояние
).
При
этом
выделяются
фотоны
с
частотой
2
3
0
4
1
1
8
k
h
m
e
л
,
...
3
,
2
k
–
серия
Бальмера
(
видимая
область
)
формируется
при
всех
возможных
переходах
с
вышележащих
уровней
на
второй
.
При
этом
выделяются
фотоны
с
частотой
2
3
0
4
1
4
1
8
k
h
m
e
б
,
...
4
,
3
k
–
серия
Пашена
(
ИК
область
)
формируется
при
всех
возможных
переходах
с
вышележащих
уровней
на
третий
.
При
этом
выделяются
фотоны
с
частотой
2
3
0
4
1
9
1
8
k
h
m
e
п
,
,...
5
,
4
k
Линии
спектра
поглощения
совпадают
с
линиями
спектра
излучения
.
5.
Гипотеза
де
Бройля
.
Опыты
по
дифракции
электронов
Французский
физик
Луи
де
Бройль
предположил
,
что
микрочастицы
могут
обладать
волновыми
свойствами
.
Для
микрочастицы
массой
m
,
движущейся
со
скоростью
V
,
длина
волны
будет
определяться
по
формуле
:
mv
h
.
Для
электрона
,
разогнанного
ускоряющим
напряжением
U
,
длина
волны
будет
207
определяться
по
формуле
:
emU
h
2
.
Для
ускоряющего
напряжения
в
1
кВ
длина
волны
будет
порядка
10
-10
м
,
что
сравнимо
с
длиной
волны
рентгеновского
излучения
.
Так
как
рентгеновские
лучи
могут
дифрагировать
на
кристаллических
решётках
,
то
и
поток
электронов
также
должен
дифрагировать
на
этих
же
решётках
.
Первые
опыты
по
дифракции
электронов
были
выполнены
в
1927
г
.,
в
ходе
которых
было
подтверждено
существование
данного
явления
,
следовательно
,
доказано
наличие
волновых
свойств
у
частиц
.
6.
Электронная
микроскопия
.
Предельное
увеличение
электронного
микроскопа
Максимальное
полезное
увеличение
оптических
микроскопов
составляет
около
2000
раз
.
При
большем
увеличении
изображение
становится
нерезким
и
расплывчатым
–
это
обусловлено
явлением
дифракции
.
Согласно
формуле
Аббе
предел
разрешения
микроскопа
определяется
формулой
:
A
z
5
.
0
,
где
–
длина
волны
,
на
которой
ведётся
наблюдение
,
A
–
апертура
объектива
.
Как
видно
из
формулы
,
предел
разрешения
микроскопа
можно
увеличить
,
уменьшив
длину
волны
,
на
которой
ведётся
наблюдение
.
Например
,
длина
волны
электрона
,
разогнанного
ускорением
в
1
кВ
,
будет
порядка
10
-10
м
,
следовательно
,
при
апертуре
равной
10
-2
радиан
с
помощью
потока
электронов
можно
наблюдать
увеличенное
изображение
объектов
размером
порядка
нанометров
.
Кроме
того
,
пучком
электронов
можно
управлять
:
его
можно
перемещать
вдоль
поверхности
образца
и
фокусировать
,
в
отличие
от
потока
рентгеновского
излучения
.
Устройство
,
в
котором
с
помощью
потока
электронов
получают
увеличенное
изображение
объектов
,
называется
электронным
микроскопом
.
Структурно
электронный
микроскоп
напоминает
оптический
:
вместо
линз
в
нём
используются
отклоняющие
пластины
и
катушки
,
позволяющие
фокусировать
пучок
электронов
,
т
.
н
.
электронные
линзы
.
Схема
ЭМ
состоит
из
следующих
элементов
:
электронная
208
пушка
–
конденсорная
электронная
линза
–
объект
–
электронная
линза
,
выполняющая
роль
объектива
–
проекционная
электронная
линза
–
экран
(
катодолюминесцирующий
экран
,
электронно
-
оптический
преобразователь
,
катодочувствительная
матрица
,
фотопластинка
).
Главным
достоинством
электронного
микроскопа
является
его
большое
увеличение
(
до
10
6
раз
),
один
из
недостатков
–
необходимость
обеспечивать
вакуум
в
местах
пролёта
электронов
,
что
приводит
к
усложнению
и
удорожанию
конструкции
,
кроме
того
,
в
вакууме
может
происходить
деформация
изучаемого
объекта
.
Вторым
недостатком
является
то
,
что
рассматриваемые
срезы
должны
быть
достаточно
тонкими
,
кроме
того
,
они
могут
быть
повреждены
электронным
потоком
.
Всё
это
приводит
к
необходимости
изготовления
оттисков
исследуемых
объектов
на
тонком
слое
пластмассы
–
реплик
,
которые
в
дальнейшем
рассматриваются
в
микроскопе
.
7.
Волновая
функция
и
ее
физический
смысл
.
Уравнение
Шредингера
и
его
применение
к
атому
водорода
.
Квантовые
числа
В
квантовой
механике
каждой
микрочастице
ставится
в
соответствие
т
.
н
.
волновая
функция
,
описывающая
её
волновые
свойства
,
)
,
,
,
(
t
z
y
x
.
Если
эта
функция
остаётся
постоянной
во
времени
,
её
называют
стационарной
.
Для
волновой
функции
должно
выполняться
условие
:
V
V
W
dV
2
,
где
V
-
объём
,
V
W
–
вероятность
нахождения
частицы
в
объёме
V
.
То
есть
квадрат
модуля
волновой
функции
есть
плотность
вероятности
нахождения
микрочастицы
в
некотором
объёме
,
в
этом
заключается
физический
смысл
волновой
функции
.
Определяется
стационарная
волновая
функция
с
помощью
уравнения
Шрёдингера
:
0
8
2
2
2
2
2
2
2
2
п
E
E
h
m
dz
d
dy
d
dx
d
,
где
E
и
п
E
–
полная
и
209
потенциальная
энергия
частицы
массой
m
.
Уравнение
Шрёдингера
можно
применить
к
атому
водорода
.
Пусть
электрон
находится
в
поле
ядра
водорода
,
тогда
его
потенциальная
энергия
будет
равна
:
r
e
E
п
0
2
4
,
где
r
–
радиус
орбиты
электрона
.
Данное
уравнение
решается
в
сферических
координатах
r
,
,
,
при
этом
решение
уравнения
находится
как
произведение
трёх
независимых
функций
,
каждая
из
которых
зависит
только
от
одной
координаты
,
т
.
е
.:
)
(
)
(
)
(
)
,
,
(
r
r
r
.
В
итоге
получается
решение
,
зависящее
от
четырех
чисел
(
которые
называются
квантовыми
числами
):
1.
Главного
квантового
числа
n
,
определяющего
энергию
электрона
2
2
0
4
1
8
n
h
m
e
E
n
,
,...
2
,
1
n
2.
Орбитального
квантового
числа
l
,
определяющего
момент
импульса
электрона
)
1
(
l
l
p
и
форму
его
орбиты
.
1
,...,
2
,
1
,
0
n
l
.
3.
Магнитного
квантового
числа
m
,
определяющего
проекцию
момента
импульса
электрона
на
некоторое
направление
OZ
внешнего
поля
(
т
.
е
.
ориентацию
орбиты
электрона
)
m
p
z
,
l
l
m
,...,
0
,...,
.
4.
Спинового
квантового
числа
s
m
,
определяющего
проекцию
спина
электрона
на
некоторое
направление
OZ
2
/
1
,
s
s
sz
m
m
p
.
8.
Принцип
работы
лазерных
источников
света
.
Характеристики
лазерного
излучения
.
Действие
лазерного
излучения
на
биологические
ткани
,
фотодинамическая
терапия
Эйнштейн
показал
,
что
для
частицы
,
находящейся
в
210
возбуждённом
состоянии
,
есть
два
способа
перейти
в
состояние
с
меньшей
энергией
:
спонтанное
и
вынужденное
излучения
.
При
спонтанном
излучении
переход
в
состояние
с
меньшей
энергией
частица
осуществляет
в
произвольный
момент
времени
,
излученный
фотон
будет
двигаться
в
произвольном
направлении
.
Вынужденное
излучение
наблюдается
тогда
,
когда
рядом
с
возбуждённой
частицей
оказывается
фотон
,
энергия
которого
равна
разности
энергий
между
данным
уровнем
и
нижележащим
.
При
этом
возбуждённая
частица
совершит
переход
на
данный
нижележащий
уровень
,
излучив
такой
же
квант
энергии
–
с
той
же
частотой
,
фазой
и
в
том
же
направлении
.
Для
системы
из
большого
числа
частиц
равновероятны
процесс
поглощения
фотона
(
атомами
нижележащего
уровня
с
переходом
на
вышележащий
)
и
процесс
вынужденного
излучения
,
вызванный
этим
фотоном
(
с
переходом
атомов
с
вышележащего
уровня
на
нижележащий
).
Так
как
в
системах
из
большого
числа
частиц
на
вышележащих
уровнях
частиц
меньше
,
чем
на
нижележащих
(
т
.
н
.
естественная
заселённость
энергетических
уровней
),
то
в
таких
системах
будет
преобладать
поглощение
над
вынужденным
излучением
.
Однако
если
создать
ситуацию
,
когда
хотя
бы
между
двумя
энергетическими
уровнями
будет
обратная
или
инверсная
населённость
(
т
.
е
.
на
вышележащем
уровне
частиц
будет
больше
,
чем
на
нижележащем
),
то
вынужденное
излучение
будет
преобладать
над
поглощением
.
Данное
условие
и
реализуется
в
лазерах
.
Структурно
любой
лазер
состоит
из
трёх
частей
:
активной
среды
–
среды
,
в
которой
реализуется
инверсная
населённость
,
и
которая
ведёт
излучение
;
системы
накачки
,
предназначенной
для
передачи
энергии
активной
среде
,
и
создания
в
ней
инверсной
населённости
;
оптического
резонатора
–
системы
зеркал
,
формирующей
узкий
пучок
излучения
,
параллельный
оптической
оси
,
а
также
усиливающей
излучение
за
счёт
многократного
прохождения
пучка
по
активной
среде
.
Лазерное
излучение
отличается
от
обычного
следующими
признаками
:
высокая
степень
монохроматичности
и
когерентности
излучения
,
высокая
спектральная
мощность