Pohyb elektrónov v magnetickom poli

Kategorie: Fyzika a astronómia (celkem: 480 referátů a seminárek)

Informace o referátu:

  • Přidal/a: anonymous
  • Datum přidání: 01. července 2007
  • Zobrazeno: 3375×

Příbuzná témata



Pohyb elektrónov v magnetickom poli

Na historický vývoj fyzikálných vied možno poukazovať ako na dialektický rozpor medzi dvoma vzájomne si odporujúcim pojatím samotnému základu fyzikálnej reality. Na jednej strane existovala dlhá tradícia atomizmu.
Atomizmus sa snaží pochopiť hmotu a ich interakcie na základe existencie fundamentálných častíc. V teorii polí sa nachádzali praktické diferenciálne rovníce, ktoré popisovali chovanie rôzných spojení v priestore a v čase, ale neobsahovali nič, čo by súviselo s diskrétnym charakterom hmoty. Príkladom takejto funkcie je intenzita elektrického, magnetického a gravitačného pola. Hmotu tvoria prvky, molekuly a atómy.
PRVOK-je chemicky čistá látka, ktorá sa ešte dá ďaľšími chemickými postupmi rozdelovať. MOLEKULA-skladá sa z atómov, dá sa chemickými postupmi ďalej deliť, a je schopná samostatne existovať. ATÓM-je najmenšia častica, ktorá sa už nedá ďalšími postupmi rozložiť. Atóm sa skladá z atómového jadra a z atómového obalu. V atómovom jadre sa nachádzajú protóny s kladným nábojom a neutróny bez nábojov. V atómovom obale sú elektróny, ktoré sú záporne nabité. Čiže každý atóm je nositeľom elektrického náboja.
Elektrón objavil Neil Bohrov, ale už aj Rutherford tvrdil, že existuje častica so záporným nábojom – čiže elektrón. Podľa Bohra elektrón sa pohybuje na určených dráhach, kde energiu ani neodovzdáva, ani nepriberáva. Odovzdáva energiu iba vtedy ak prechádza z vyššej vrstvy do nižšej. Poznatky o atómových špekter sa rozvýjali veľmi pomali. Po mnohých rokov si mysleli, že čiarové špektrá atómu vznikajú súčastným účinkom všetkých atómov, že z nich každý sa chová ako oscilátor s veľkým počtom rôzných periodických vibrácií. Neskoršie sa vytvoril názor, že každý atóm vytvára vždy len jedinú špektrálnu čiaru. Podľa toho stačí, aby jeden elektrón bol v abnormálnom stave a môže vyvolať vibráciu s určitou frekvenciou. V roku 1908 Walther Ritz dokázal, že porovnané frekvencie poukazujú rozdiely medzi určitími dvojicami z rady hodnôt označovaných ako spektrálne termíny.
Bohr vyriešil atómové špektrá a dokázal vypočítať energiu elektrónov v každom voľnom orbitále a na základe získaných hodnôt tak pomocou rovníc vypočítal frekvenciu špektrálných čiar. Bohrové orbitály a ionizačné potenciále.
Pre presné určenie týchto orbitálov, kde sú elektróny, ktoré obiehajú okolo jadra voľne, Bohrov napísal moment hybnosti, ktorý je danné výrazom :
b = nh/2π, kde je n hlavné kvantové číslo.

Elektrón na svojej obežnej dráhe udržuje elektrostatickú silu, ktorá ju priťahuje k jadru. Tento princíp je založená na Coulombovom zákone. Výraz pre jednotlivé energetické hladiny možno odvodiť, ako celková energia príslušného elektrónu v akomkoľvek stave, je danná súčtom jeho kinematickej a potenciálnej energie:
E=Ek +Ep=mv 2/2 - Ze2/4π ε0 r .
V skutočnosti však elektrón neobieha okolo stacionálneho bodu predstavovaného stredom protonu, skôr okolo ťažiskovej sústavy protón-elektrón. Existuje oblasť fyziky, v ktorej sa objavujú celé čísla prírodzeným spôsobom, je to riešenie rovníc pre vlnenie v ustálenom stave. Táto skutočnosť poskytla účinný podnet pre ďalší veľký pokrok vo fyzikálnej teórii, vznikla myšlienka, že elektróny - a vlastne všetky hmotné častice – majú vlnové vlastnosti. Žiareniu prisúdili ako aj korpuskulárny charakter, tak aj vlnový charakter. Elektrónové vlny sa pohybujú okolo jadra. Sú tam stacionárne vlny a vlnová dĺžka mierne zaniká na vplyv interferencie. (Obvod elektrónového orbitu je celým násobkom vlnovej dlžky elektrónovej vlny). Nie je vyriešený podnet, čo vedie k tomu, že sa vlna počas interferencie ruší a predpokladaný stav preto vôbec neexzistuje. Interferencia vlnení je skladanie dvoch, alebo viacerých vlnení tak, že okamžitá výchylka každého bodu, do ktorej sa vlnenia dostali, sa rovná vektorovému súčtu okamžitých výchyliek jednotlivých vlnení. Interferencia vlnení je jav pomerne komplikovaný, a charakteristické pre každé vlnenie. Často je kritériom pri rozhodovaní o tom, či istý fyzikálny jav má, alebo nemá vlnovú povahu. Vlnenia, ktorých fázový rozdiel sa časom mení, sa nazývajú koherentné
( lat.cohaerens - súvisiace ). V bodovom rade vznikne interferenciou stojaté vlnenie dvoch proti sebe postupujúcich vlnení s rovnakou amplitúdou a frekvenciou, ak smery kmitov oboch vlnení sú rovnobežné. V stojatom vlnení je vzdialenosť susedných uzlov λ/2, vzdialenosť susedných kmitov tiež λ/2, najmenšia vzdialenosť uzla a kmitu λ/4. Ak majú elektróny vlnové vlastnosti, tak elektrónová vlna o vlnovej dĺžke 10-2 nm by mala vo výskytu s kryštálovou štruktúrou vyvolať praktický určité pohybové javy ako vlny röntgenového žiarenia. Prvé pokusy v tomto smere previedli dve skupiny pracovníkov, ktoré sa podelili o Nobelovú cenu, ktorú získali. Jeden z difračných obrázkov získaných Thomsonom pri prechode elektrónového lúču tenkou zlatou fóliou. Tieto výskumy jasne poukázali vlnovú povahu elektrónov. Difrakčný diagram bol nedávno získaný difrakciou elektrónov na tenkom chrómovom filmu.

Difračné obrazy boli získané v takých prípadoch, kde kryštály boli umiestnené do dráhy lúčov tvorených z neutrónov alebo z atómov vodíka: to ukazuje, že tieto ťažké častice majú vlnové vlastnosi. Ako prostriedok ku štúdiu jemné štruktúry hmoty majú elektrónové lúče v dôsledku svojho záporného náboja jednu výhodu oproti röntgenovým lúčom a to je, že umožnia také usporiadanie elektrických a magnetických polí, ktoré na elektrónové lúče pôsobia, ako šošovky.
Charakterictické röntgenové žiarenie nezávisí od exitačnej energie elektróna, ale len od rozdielov energií dvoch hladín cez ktoré sa prechod elektrónu realizoval. Energiu čiar vyjadruje Maslow zákon. Emisia katódy vyjadruje dĺžku emitovania elektrónov v rozžeravenej látke. Elektróny získavame z rozžeravených kovov, tento jav sa nazýva termoemesia, alebo termoionický efekt. Katóda emituje elektróny, ktoré sú priťahované na opačne nabitú elektródu – anódu. Základným zariadením umelých zdrojov častíc, je umelý zdroj elektrónov. Kovy sú charakteistické vytváraním tzv. kovové väzby v kryštáloch, kde sa viazaný ionty kovov a vodivostné elektróny, obsahujúcu slabú väzbu k jadru, - takéto elektróny sa voľne pohybujú, ktoré tvoria elektrónový plyn. Elektróny pri pohybe v krštály interagujú s elektromagnetickým poľom mriežky, preto sa ich rýchlosť neustále mení.

URÝCHLOVAČE ČASTÍC
Umelé zdroje ionizujúcého žiarenia, ktoré pôsobením elektrického a magnetického poľa zvyššujú energiu elementárne nabitých častíc.

Urýchlovače: -Pre ťažké častice: proton
-Pre ľahké častice:elektrón

Jednoduché lineárne urýchlovače sú:
-Kaskadné generátory (znásobujú napätie )
- Van Degrafové generátory ( vyrába napätie)
Viacnosobný urýchlovač – úmerne s rýchlosťou rastie sa urýchlovacia dráha resp. dĺžka urýchlovaných elektródov. Všetky párne a nepárne elektróny sú navzájom spojené. Cyklotrón : urýchlujeme s nimi α častice, a protóny. Urýchlovač využívajúce miesto ideálnej dráhy. Špirálový – dosiahuje sa s ním pôsobenie urýchlujúcich síl na dĺhšej dráhe pri malých rozmeroch. Tieto typy nie je možné použiť na urýchlenie elektrónov. Cyklotrónom nie je možné urýchlovať elektróny. Elektróny majú významné relativické prírastky hmoty, čím sa narušuje synchronizácia.

Nový příspěvek



Ochrana proti spamu. Kolik je 2x4?