Квантовая физика. Интегральная лучеиспускательная способность RЭ (энергетическая светимость) – количество энергии, излучаемое телом с единицы поверхности в единицу времени во

Тепловое излучение.

Интегральная лучеиспускательная способность R_Э (энергетическая светимость) – количество энергии, излучаемое телом с единицы поверхности в единицу времени во всем диапазоне длин волн или частот:

Спектральная плотность энергетической светимости r_{ν , T} (излучательная способность) – количество энергии, излучаемое телом в единицу времени с единицы поверхности в интервале частот единичной ширины. Энергетическая светимость может быть получена интегрированием спектральной плотности энергетической светимости:

Абсолютно черное тело поглощает все падающее на него излучение.

Закон Стефана-Больцмана для абсолютно черного тела:

,

где σ - постоянная Стефана-Больцмана, σ =5, 67∙ 10⁸ Вт/(м^2∙ К⁴).

Закон смещения Вина: при увеличении температуры абсолютно черного тела длина волны, на которую приходится максимум излучения, смещается в сторону коротких волн (см рис):

,

где b - постоянная Вина, b=0, 0029 м∙ К.

Фотоэффект.

-явление вырывания электронов с поверхности металла под действием электромагнитного облучения (света).

Законы фотоэффекта:

1. Сила фототока прямо пропорциональна плотности светового потока.

2. Максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света (или максимальная длина волны λ ₀), при которой ещё возможен фотоэффект, и если , то фотоэффект уже не происходит.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:

где — т. н. работа выхода (минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества), — кинетическая энергия вылетающего электрона, — частота падающего фотона с энергией , h — постоянная Планка.

Давление света

Т.к. свет является потоком фотонов, он оказывает давление на поверхность.

где W_изл- энергия излучения падающая на поверхность за время t, S – площадь поверхности, на которую нормально падает свет, с – скорость света, ρ – коэффициент отражения данной поверхности.

Постулаты Бора.

1. Атом может находиться только в особенных стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых отвечает определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает электромагнитных волн. Электрон в атоме, не теряя энергии, двигается по определённым дискретным круговым орбитам, для которых момент импульса квантуется: , где — натуральные числа, а — постоянная Планка.

2. При переходе электрона с орбиты (энергетический уровень) на орбиту излучается или поглощается квант энергии , где — энергетические уровни, между которыми осуществляется переход. При переходе с верхнего уровня на нижний энергия излучается, при переходе с нижнего на верхний — поглощается.

Группируя возможные переходы между состояниями атома водорода, получаем серии, каждая из которых дает линии в различных диапазонах спектра электромагнитных волн.

Серия Лаймана дает излучение в ультрафиолетовой области спектра.

Часть переходов из серии Бальмера дает излучение в видимой области спектра.

Остальные серии переходов дают линии в инфракрасной области.

Соотношения неопределенностей Гейзенберга.

В квантовой механике рассматриваются микрообъекты, которые обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами. Свойства и характеристики этих объектов разительно отличаются от привычных из классической механики. В частности, микрообъект невозможно характеризовать определенными значениями координаты и импульса, энергии и момента времени, в который микрообъект этой энергией обладает. Эти особенности выражаются следующими соотношениями:

Здесь Δ x, Δ y, Δ z – неопределенность (погрешность) координаты. Δ p_x, Δ p_y, Δ p_z-погрешность значения проекций импульса, Δ E – погрешность значения энергии, Δ t – неопределенность значения времени.

Таким образом, если мы точно знаем координату микрообъекта (Δ x=0), то погрешность проекции его импульса приближается к бесконечности, т.е. импульс не знаем совсем, и наоборот.

Квантовые числа

Квантовые числа — энергетические параметры, определяющие состояние электрона и тип атомной орбитали, на которой он находится.

1. Главное квaнтовое число n определяет общую энергию электрона и степень его удаления от ядра (номер энергетического уровня); оно принимает любые целочисленные значения, начиная с 1 (n = 1, 2, 3,...)

2. Орбитальное (побочное или азимутальное) квантовое число l определяет форму атомной орбитали. Оно может принимать целочисленные значения от 0 до n -1 (l = 0, 1, 2, 3,..., n -1). Каждому значению l соответствует орбиталь особой формы. Орбитали с l = 0 называются s -орбиталями,
l = 1 – р -орбиталями (3 типа, отличающихся магнитным квантовым числом m),
l = 2 – d -орбиталями (5 типов),
l = 3 – f -орбиталями (7 типов).

3. Магнитное квантовое число m определяет ориентацию орбитали в пространстве относительно внешнего магнитного или электрического поля. Его значения изменяются от + l до - l, включая 0. Например, при l = 1 число m принимает 3 значения: +1, 0, -1, поэтому существуют 3 типа р -АО: р _x, р _y, р _z.

4. Спиновое квантовое число s может принимать лишь два возможных значения +1/2 и -1/2. Они соответствуют двум возможным и противоположным друг другу направлениям собственного магнитного момента электрона, называемого спином (от англ. веретено). Для обозначения электронов с различными спинами используются символы: и .

Принцип Паули можно сформулировать следующим образом: в пределах одной квантовой системы в данном квантовом состоянии может находиться только одна частица, состояние другой должно отличаться хотя бы одним квантовым числом.