Физика 2

ФИЗИКА 2 ЧАСТ
Топлинно излъчване. Излъчвателна и поглъщателна способност. Закони на топлинното излъчване. Оптична пирометрия.
Излъчването на електромагнитни вълни за сметка на вътрешната енергия на телата се нарича топлинно излъчване.<Object: word/embeddings/oleObject1.bin> Когато температурата на нагрятото „до червено“ желязо се повиши, то започва да излъчва „бяла“ светлина, а при още по-високи температури свети синкаво. Следователно спектърът на топлинното лъчение зависи от температурата.
Излъчвателна и поглъщателна способност:
<Object: word/embeddings/oleObject2.bin>
<Object: word/embeddings/oleObject3.bin>
Закони на топлинното излъчване
Закон на Кирхов отношението на излъчвателната към поглъщателната способност е универсална фукция, не зависеща от вида на веществото:

<Object: word/embeddings/oleObject4.bin>

Закон на Стефан-Болцман интегралната излъчвателна способност на абсолютно черно тяло е пропорционална на четвъртата степен на абсолютната температура:
<Object: word/embeddings/oleObject5.bin>
<Object: word/embeddings/oleObject6.bin>

Закон на Вин с увеличаване на температурата максимума на излъчване се отмества към по-късите дължини на вълната:
<Object: word/embeddings/oleObject7.bin>,
b - констaнта на Вин

Закон на Планк:
Хипотеза на Планк излъчването и поглъщането става на кванти (порции): <Object: word/embeddings/oleObject8.bin>, константа на Планк, <Object: word/embeddings/oleObject9.bin>, <Object: word/embeddings/oleObject10.bin>. Средната енергия на излъчване, отчитайки разпределението на Болцман по енергии, е:
<Object: word/embeddings/oleObject11.bin>, <Object: word/embeddings/oleObject12.bin>, от пълната вероятност!

Оптична пирометрия
Оптичната пирометрия е съвкупност от методи за определяне на температурата на телата въз основа на законите за топлиното излъчване на телата. Тези методи не изискват непосредствен контакт с телата и с тях могат да се измерват много високи температури.

Външен фотоелектричен ефект. Закони на фотоелектричния ефект. Уравнение на Айнщайн.
<Object: word/embeddings/oleObject13.bin>
Закони на фотоелектричния ефект .
<Object: word/embeddings/oleObject14.bin>
Уравнение на Айнщайн.
<Object: word/embeddings/oleObject15.bin>

Маса и импулс на фотона. Ефект на Комптън
Основни свойства на фотоните
-Според фотонната теория на светлината, фотоните. . .
се движат с постоянна скорост, с = 2.9979 x 108 м / сек (т.е. "скоростта на светлината"), в свободното пространство
-имат нулева маса и енергия за почивка.
-носят енергията и импулса, които също са свързани с честотата ню и дължина на вълната ламбдa на електромагнитната вълна от E = ч ню и p = ч / ламбдa.
-могат да бъдат унищожени / създадени, когато се абсорбира / излъчва радиация.
-може да има подобни частици,които взаимодействат (т.е. сблъскват) с електроните и другите частици, например ефекта на Комптън.

-Комптъновият ефект е процес при който първичния квант се разсейва върху електрон от обвивката на атома.Разсейването на лъчите във веществотото се отнася към явленията, в които се проявява двойствения характер на излъчването. Класическата вълнова теория не може да опише разсейването на лъчите, докато при предположение, че излъчването има корпускулярен характер явлението се обяснява много леко. По този начин комптъновият ефект се явява едно от най-важните потърждения на квантовата теория. Всички енергетични и ъглови характеристики на комптъновия ефект се определят напълно от законите за запазване на енергията и импулса при еластичен удар. Трябва да обърнем внимание, че ефекта на Комптън се осъществява при енергии на квантите значително по-големи от енергията на свързване на електрона, поради което може да се счита за свободен. Ако E1=h1 е енергията на първичният, а Е2=h.v2 енергията на разсеяния квант, Ее кинетичната енергия на откатния електрон, ъгъл на разсейване на фотона, под който излита електронът

Рентгенови лъчи. Поглъщане на рентгенови лъчи. Дифракция на рентгенови лъчи. Рентгенови спектри.
- Рентгеновото лъчение е вид електромагнитно излъчване с дължина на вълната в обхвата от 10 до 0,01 нанометра, което отговаря на честота от 30 до 30000 PHz (1PHz=1015 Hz) Hz. Използва се в медицината - за диагностика и в кристалографията. Рентгеновите лъчи са вид йонизиращо излъчване и като такива са опасни за живите същества. В електромагнитния спектър рентгеновите лъчи се намират между ултравиолетовото излъчване и гама-лaчите. Изкуствен източник е рентгеновата тръба, основна част на рентгеновия апарат. Представлява стъклена тръба, в която е създаден вакуум. Катодът е тънка, спираловидна жичка, която се нагрява от отделна отоплителна верига до хиляди градуси. Отделят се електрони (е-), които се насочват към анода, който представлява метална пластинка. При удар с електрони (е+) от нея започват да се отделят рентгенови лъчи
- Дифракция-През 1912 година германският физик Макс фон Лауе теоретично обосновава възможността кристалите, които са изградени от симетрично разположени редици от атоми, да се използват като дифракционни решетки за рентгеновите лъчи. Успореден сноп от рентгенови лъчи с различна дължина на вълната, която е от порядъка на разстоянието между атомите, пада върху кристал. След като преминат през кристала, рентгеновите лъчи се разделят на отделни снопове, които попадат върху фотографски филм и създават дифракционна картина, съставена от симетрично разположени петна. Тези петна са резултат от интерференцията на вторичните вълни, излъчени от много голям брой симетрично разположени атоми, действащи като дифракционна решетка. Като се анализира разположението на петната и техният интензитет, получава се информация за структурата на кристала: за начина на подреждане на атомите и се определя разстоянието между тях. Този метод за изследване на вътрешната структура на веществата се нарича рентгено-структурен анализ. Чрез анализ на дифракционните картини, получени с рентгенови лъчи, се определя също така структурата на метални сплави, органични съединения и биологични обекти с периодична структура (например молекулите на ДНК, на хемоглобина и др.).зследва различни кристали с помощта на рентгенови лъчи и установява закона за дифракция на рентгеновите лъчи в кристали, наречен по-късно на негово име:
nλ=2d.sinθ
n-цяло число
λ-дължина на вълната на рентгеновите лъчи
d-разстоянието между равнините в кристална решетка
θ-ъгълът между падналите и разсеяните лъчи

Физични основи на квантовата механика. Двойнствена корпускулярно-вълнова природа на микрочастиците. Вълни на дьо Бройл. Електронография и неутронография.

Едни от основните понятия в квантовата механика се явяват състояние, уравнение на Шрьодингер, уравнение на фон Нойман, уравнение на Хайзенберг и уравнение на Паули. Те са свързани с различни раздели на математиката като , , , и други.
Корпускулярно-вълновият дуализъм е принцип, съгласно който дадени обекти могат да проявяват както вълнови, така и корпускулярни свойства. Днес той постулира, че всички материални обекти проявяват едновременно свойства на вълна и частица. Исторически погледнато, той е въведен при разработването на , при изучаване на свойствата на микросвета и неспособността на да обясни квантовите ефекти. По-нататъшното развитие на този принцип води до концепцията за в .
- Вълни на Д.Бройл-През 1923 година френският физик Луи дьо Бройл изказва смелата хипотеза, че всички форми на материята имат свойства както на частици, така и на вълни. Според хипотезата на Дьо Бройл всеки движещ се електрон притежава вълнови свойства, подобни на свойствата на фотоните, които могат да се проявят например в явлението дифракция. Само четири години по-късно , именно чрез изследване на явлението дифракция при облъчвне на никелова мишена с бавни електрони, Дейвидсън и Джърмър доказват хипотезата на Луи дьо Бройл. Първото уравнение на дьо Бройл свързва дължината на вълната λ с момента на частицата <Object: word/embeddings/oleObject16.bin>. От формулата на Планк за връзката между честотата и енергията на фотона E = hν и уравнението на Айнщайн за връзката между енергия и маса E = mc2,съгласно хипотезата на дьо Бройл за вълновите свойства на материята приравняваме двете части на уравненията и получаваме hν = mc2.
- Дифр.на електроните се използва като метод за изследване структурата на в-вата подобно на рентгено-структурния анализ.Този метод се нар.електронография .
-При друг метод, нар.неутронография се използва дифр.на неутрони за изследване структурата на в-вата, съдържащи леки атоми, напр.водородосъдържащи органични кристали.

Вълнова функция. Съотношения на неопределеност.

- Вълновата функция е математически инструмент, използван в квантовата механика, за описване на физични системи. Това е функция на пространството, описваща възможните състояния на системата чрез използване на комплексни числа. Законите на квантовата механика описват как вълновата функция се изменя във времето. Стойностите на вълновата функция са вероятностни амплитуди - квадратът на вълновата функция дава плътността на вероятността за присъствие на частицата в дадена точка от пространството. Например, за атом с един електрон, като водорода или йонизирания хелий, вълновата функция на електрона дава пълно описание на поведението на електрона. Тя може да бъде разложена на серия от атомни орбити, даващи основните възможни вълнови функции. За атоми с повече от един електрон както и за системи с множество частици вълновата функция описва вероятностите за тяхното разположение. Вълновата функция дава пълно описание на взаимносвързана физическа система. Елемент от векторно пространство може да бъде описан чрез различни координатни системи, същото се отнася и до вълновата функция. Компонентите на вълновата функция, описващи една и съща система може да приемат различни комплексни стойности в зависимост от избраната базова координатна система. Но самата вълнова функция е независима от избрания базис. Вълновата функция е нещо като пространствен вектор в обикновено пространство. Смяната на базиса не променя вектора, а променя само неговото представяне съобразно избраната координатна система. Сумата от вероятностите системата да се намира във всички възможни състояния би трябвало да е равна на 1, ето защо модула на вълновата функция също трябва да е равен на 1.
- Съотношение на неопределеност на Хайзенберг е твърдение в квантовата физика, че мястото и имулса на дадена частица не могат да бъдат точно определени едновременно. Това твърдение е природен феномен и не е породено от липсата на точни измервателни прибори. Съотношението на неопределеност е зададено през 1927 от Вернер Хайзенберг. Ако разгледаме стандартното отклонение Δx с което се определя мястото x и стандартното отклонение Δp с което се определя импулсa p на дадена частица, важи:
<Object: word/embeddings/oleObject17.bin>
където: h=6,6261.10-34Js Константа на Планк
ħ=h/2π Константа на Дирак

Уравнение на Шрьодингер. Стационарно уравнение на Шрьодингер
- Уравнението на Шрьодингер е постулат в квантовата механика. То е частно диференциално уравнение от втори ред за еволюцията на вълновата функция:
<Object: word/embeddings/oleObject18.b