Transcript Пфау В.С. Становление квантовых идей от М.Планка до Н.Бора

Становление квантовых идей от
М.Планка до Н.Бора
Работу выполнил:
Студент гр. Ф-113
Пфау Владислав
Сергеевич
Становление квантовых идей
от М.Планка до Н.Бора
Открытие элементарных
частиц
• 1897 год – открытие Дж. Томсоном электрона.
• 1919 год – Э. Резерфорд обнаружил протоны.
• 1932 год – Дж. Чедвик открыл нейтрон.
Дж. Томсон
Э. Резерфорд
Дж. Чедвик
Хронология становления
квантовой теории
1900 г. Макс Планк пришёл к
заключению, что энергия
осциллятора (механической системы)
- частицы, колеблющейся около
положения равновесия - изменяется
дискретно.
1905 - А. Эйнштейн выдвинул
гипотезу световых квантов и показал,
что она объясняет феномен
фотоэффекта, непонятный с позиций
волновой теории распространения
света.
Хронология становления
квантовой теории
1913 - Н. Бор издал работу «О строении атомов и
молекул».
1923 - Луи де Бройль выдвинул гипотезу об
универсальности корпускулярно-волнового дуализма.
1926 - Эрвин Шредингер получил уравнение для
волновой функции и применил его к атому водорода.
Н. Бор
Л. Де Бройль
Э. Шредингер
Хронология становления
квантовой теории
1927 - В. Гейзенберг
получает соотношение
неопределённостей.
1927 - П. Дирак применил квантовую
механику к электромагнитному полю.
1928 - П. Дирак обобщил уравнение
Шредингера для электронов,
движущихся с произвольными
скоростями.
М.Планк
ПЛАНК МАКС (1858–1947),
немецкий физик-теоретик,
основоположник квантовой
теории. Родился 23 апреля 1858
в Киле. Учился в Мюнхенском и
Берлинском университетах, в
последнем прослушал курс
лекций физиков Гельмгольца и
Кирхгофа и математика
Вейерштрасса.
Идеи Планка. Кванты.
Начало развитию квантовой теории
положили относящиеся к 1900 г.
работы Макса Планка по теории
излучения «черного тела». Попытка
построить теорию излучения черного
тела на основе законов классической
физики привела к серьезным
трудностям.
Рассмотрим
замкнутую полость,
поддерживаемую при
постоянной
температуре.
Обмен энергией внутри рассматриваемой
полости должен приводить к передаче
энергии от любой длины волны к более
короткой до тех пор, пока практически вся
энергия не окажется в ультрафиолете или
ещё дальше.
Согласно закону Рэлея,
спектральная
плотность энергии
должна возрастать с
увеличением частоты.
Возникала
«ультрафиолетовая
катастрофа». Однако,
она не наблюдается у
реальных излучателей,
от разогретого докрасна
железа до ярко-белого
Солнца
Эксперименты
определенно указывали
на то, что с увеличением
частоты спектральная
плотность вначале
растет, а затем, начиная с
некоторой частоты,
соответствующей
максимуму плотности,
падает, стремясь к нулю,
когда частота стремится
к бесконечности.
М. Планк, приступая к решению этой задачи,
располагал только той самой экспериментальной
колоколообразной кривой.
Возникал вопрос: как нужно
минимально изменить
(модифицировать) теорию, чтобы
согласовать её с фактами?
Более детально правило Планка
гласит:
•Излучение упаковано порциями (кванты).
•Каждый квант состоит из излучения единственной
частоты (и, следовательно, единственной длины волны,
то есть из света «одного цвета» - из
монохроматического излучения).
•Правило, определяющее размер квантов: энергия
кванта пропорциональна частоте излучения в
данном кванте:
Е=hυ
(постоянная Планка на частоту излучения).
Альберт Эйнштейн
Эйнштейн Альберт (14.03.1879 –
18.04.1955) -физик-теоретик, один
из основоположников
современной физики. Известен
прежде всего как автор теории
относительности. Эйнштейн внес
также значительный вклад в
создание квантовой механики,
развитие статистической физики
и космологии. Лауреат
Нобелевской премии по физике
1921 («за объяснение
фотоэлектрического эффекта»).
Квантовые идеи Эйнштейна.
Дальнейшим подтверждением квантовой теории были
работы А.Эйнштейна о фотоэффекте (1905 г).
Фотоэффект – испускание веществом быстрых
электронов под воздействием излучения.
Схема опыта.
Эйнштейн развил идеи Планка о прерывистом
испускании света. В экспериментальных законах
фотоэффекта Эйнштейн увидел убедительное
доказательство того, что свет имеет прерывистую
структуру и поглощается отдельными порциями.
Кинетическую энергию фотоэлектрона можно
найти, применив закон сохранения энергии.
Энергия порции света h идет на
совершение работы выхода, т.е. работы, которую
нужно сообщить для извлечения электрона из
металла, и на сообщение электрону
кинетической энергии.
Нильс Бор
Нильс Бор (1885-1962) —
датский физик, один из
создателей
современной физики.
Основатель и
руководитель
Института
теоретической физики в
Копенгагене (Институт
Нильса Бора); создатель
мировой
научной школы,
иностранный член АН
СССР (1929). В 1943-45
работал в США
Идеи Н.Бора
В 1909—1910 гг. Э. Резерфордом были проведены
экспериментальные исследования рассеяния
αчастиц тонким слоем вещества.
Результаты этого исследования позволили
Резерфорду в 1911 г. сформулировать
планетарную модель атома.
Но модель Резерфорда не объясняла многих
выявленных к тому времени закономерностей излучения атомов, вид атомных спектров и др.
Более совершенную
квантовую модель
атома предложил в
1913 г. молодой
датский физик Н. Бор,
работавший в
лаборатории
Резерфорда.
ПОСТУЛАТЫ БОРА:
1. Каждый электрон в атоме может
совершать устойчивое орбитальное
движение по определенной орбите, с
определенным значением энергии, не
испуская и не поглощая
электромагнитного излучения.
2. Электрон способен переходить с
одной стационарной орбиты на другую.
Эти постулаты Бор использовал для расчета
простейшего атома (водорода), рассматривая
первоначально наиболее простую его модель:
неподвижное ядро, вокруг которого по
круговой орбите вращается электрон.
Объяснение спектра водорода было большим
успехом теории Бора.
Основные положения
квантовой теории:
- электрон имеет
двойственную природу –
обладает свойствами
частицы и волны;
- как частица имеет массу и
заряд, однако движение
электрона – волновой
процесс (например
дифракция электронов).
Основные идеи квантовой
теории:
- атомы или молекулы испускают или поглощают
электромагнитное излучение при изменении своего
энергетического состояния;
- атомы или молекулы могут существовать только в
определенных энергетических состояниях.;
- энергетическое состояние атома или молекулы
может быть описано при помощи определенного
набора чисел, называемых квантовыми числами.
Заключение
Квантовые частицы подчиняются
определенным законам, являясь чем-то
средним между обычными частицами и
волнами. Для описания состояния электрона
используется комплексная вероятность. Чем
больше допустимая неопределенность
импульса, тем точнее можно определить
координату микрочастицы и наоборот.
Квантовые частицы не всегда могут
находиться в произвольном состоянии.
Основное уравнение квантовой механики –
уравнение Шредингера, математический
аппарат – теория матриц, теория групп,
операторы, теория вероятностей.
СПАСИБО
ЗА ВНИМАНИЕ!