Informacje ogólne. 45 min. test na podstawie wykładu Zaliczenie ćwiczeń na podstawie prezentacji Punkty: test: 60 %, prezentacja: 40 %.

Transkrypt

1 Informacje ogólne Wykład 28 h Ćwiczenia 14 Charakter seminaryjny zespołu dwuosobowe ~20 min. prezentacje Lista tematów na stronie Materiały do wykładu na stronie: Zaliczenie: 45 min. test na podstawie wykładu Zaliczenie ćwiczeń na podstawie prezentacji Punkty: test: 60 %, prezentacja: 40 %. Literatura: D. Halliday, R. Resnick, J. Walker Podstawy Fizyki t. 4 i 5 W. Bogusz, J. Garbarczyk, F. Krok Podstawy Fizyki Ch. Kittel Wstęp do fizyki ciała stałego

2 iphone

3 iphone Kamera CCD Karta SIM Dysk Flash Bateria Li-Ion Ekran dotykowy Płyta główna

4

5 Procesor polikrystaliczny Si izolator SiO 2 monokrystaliczny Si złącze p-i-n

6 Złącza półprzewodnikowe Układy scalone Diody LED Baterie słoneczne Lasery Pamięci komputerowe Pamięci USB Kamery, aparaty cyfrowe Fotodiody, detektory

7 Atom Krzemu (Si) Si Konfiguracja elektronowa: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 Powłoka K L M Główna liczba kwantowa (n) Podpowłoki 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 Liczba elektronów w powłoce Dozwolona liczba elektronów w powłoce 2 8 8

8 Historyczne modele budowy atomu: Model budowy atomu Thompsona model ciasta z rodzynkami dodatnio naładowane jądro, w którym umiesczone są ujemnie naładowane elektrony Nie wyjaśnia rozpraszania model Rutherforda Model Rutherforda dodatnie jądro, wokół krążące ujemnie naładowane elektrony Nie wyjaśnia np. widm emisyjnych model Bohra Postulaty Bohra: 1. L= nh/2p 2. hn = E 1 E 2 Postulaty wprowadzone ad hoc, model nie daje się zastosować dla atomów z więcej niż dwaoma elektronami mechanika kwantowa

9 Budowa atomu Chmury elektronowe Rozkłady gęstości prawdopodobieństwa znalezienia elektronu następne wykłady Eksperymentalne zdjęcia rozkładu ładunku wokół atomu węgla (1s 2 2s 2 2p 2 ) powłoki 2s i 2p

10 Budowa atomu - elektron Liczba kwantowa Symbol Dozwolone wartości Znaczenie fizyczne główna n 1, 2, 3,. Energia orbitalna l 0, 1, 2,., (n-1) Orbitalny moment pędu (L) magnetyczna m l 0, ±1, ±2,, ±l Składowa z orbitalnego momentu pędu (L z ) magnetyczna spinowa m s ±1/2 Składowa z spinowego momentu pędu Energia elektronu: E n Orbitalny moment pędu: me 4 13,6eV h n n Składowa z orbitalnego momentu pędu: L l(l 1) Lz m l Razem parametry te określają stan kwantowy elektronu Składowa z spinowego momentu pędu: S z m s

11 Zakaz Pauliego Żadne dwa elektrony (fermiony) w atomie nie mogą mieć jednakowych wszystkich liczb kwantowych

12 Budowa układu okresowego N = 1,2,3,. -powłoki l s p d f g h Podpowłoki: każda mieści maksymalnie 2(2l+1) elektronów Ne 10 elektronów Konfiguracja elektronowa: 1s 2 2s 2 2p 6 1s 2 : n=1, l=0, m l = 0, m s =±1/2 w sumie 2 elektrony 2s 2 : n=2, l=0, m l = 0, m s =±1/2 w sumie 2 elektrony 2p 6 : n=2, l=1,m l =-1, m s =±1/2 m l = 0, m s =±1/2 m l = 1, m s =±1/2 w sumie 6 elektronów brak wolnych miejsc (dozwolonych stanów) dla elektronów gaz szlachetny nie reaguje chemicznie

13 Budowa układu okresowego Na 11 elektronów Konfiguracja elektronowa: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 1s 2 : n=1, l=0, m l = 0, m s =±1/2 w sumie 2 elektrony 2s 2 : n=2, l=0, m l = 0, m s =±1/2 w sumie 2 elektrony 2p 6 : n=2, l=1, m l =-1, m s =±1/2 m l = 0, m s =±1/2 w sumie 6 elektronów m l = 1, m s =±1/2 3s 1 : n=3, l=0, m l = 0, m s =+1/2 jeden elektron jeden luźno związany elektron elektron walencyjny łatwo reaguje z innymi atomami

14 Sód 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1

15 Potas 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

16 Budowa układu okresowego

17 Atomy własności optyczne Atomy emitują (zjawisko emisji) i pochłaniają (zjawisko absorpcji) światło Zjawiska te związane są z przejściami elektronów pomiędzy powłokami hv E w E n E hc E w - Wyższy stan energetyczny (wyższa możliwa energie e) E n - Niższy stan energetyczny (niższa możliwa energia e) n=1 hn n=3 n=3 hn n=2 n=3 n=2 n=2 n=1 n=1 absorpcja światła emisja światła

18 Widmo emisyjne wodoru ultrafiolet = 410 nm E = 3.02 ev = 434 nm E = 2.86 ev = 486 nm E = 2.55 ev zakres widzialny podczerwień R 2 2 n' n n poczatkowa powłoka n końcowa powłoka R= *10 7 m -1 stała Rydberga = 656 nm E = 1.89 ev

19 Inne widma emisyjne Neon światło czerwone Sód światło żółte Żelazo światło białe

20 Laser

21 energia Zastosowanie - Laser He-Ne s =632,8 nm 2p 1. Atom He Atom Ne 1. Przepływ prądu powoduje zderzanie elektronów z atomami He i ich przejście do stanu wzbudzonego 2. Zderzenia He-Ne 3. Atomy Ne przejście elektronu z powłoki 3s na 2p emisja światła czerwonego

22 Zastosowanie - Laser Ar/Kr-ion Lasery kryptonowe (Kr) i argonowe (Ar) - kilkanaście przejść, głównie w zakresie kolorów niebieskiego i zielonego - liczne zastosowania w medycynie - koncerty - sekwencery DNA - spektroskopia - litografia - produkcja hologramów

23 Laser Ar-ion

24 Zastosowanie - Laser CO 2 - przejścia w dalekiej podczerwieni (9.4 mm i 10.6 mm)

25 - cięcie blach - medycyna estetyczna Zastosowanie - Laser CO 2