Podstawy fizyki atomowej

Podobne dokumenty
Podstawy fizyki atomowej

Wstęp do fizyki atomowej i cząsteczkowej

Wstęp do fizyki atomowej i cząsteczkowej

Atom wodoru w mechanice kwantowej

II.3 Rozszczepienie subtelne. Poprawka relatywistyczna Sommerfelda

Równanie Schrödingera dla elektronu w atomie wodoru

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Modele atomu wodoru. Modele atomu wodoru Thomson'a Rutherford'a Bohr'a

Jądra atomowe jako obiekty kwantowe. Wprowadzenie Potencjał jądrowy Spin i moment magnetyczny Stany energetyczne nukleonów w jądrze Prawo rozpadu

II.1 Serie widmowe wodoru

Mechanika kwantowa. Erwin Schrödinger ( ) Werner Heisenberg

Rozdział 5 Atom Wodoru

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Oddziaływania fundamentalne

Wczesne modele atomu

Atom wodoru i jony wodoropodobne

Elektrostatyka. + (proton) - (elektron)

Fizyka 10. Janusz Andrzejewski

Modele atomu wodoru. Modele atomu wodoru Thomson'a Rutherford'a Bohr'a

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wykład 17: Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

Guma Guma. Szkło Guma

Wykład Budowa atomu 1

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

Atom wodoru. Model klasyczny: nieruchome jądro +p i poruszający się wokół niego elektron e w odległości r; energia potencjalna elektronu:

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

IV. TEORIA (MODEL) BOHRA ATOMU (1913)

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Podstawy fizyki subatomowej

2/τ. ω fi = 1. Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 10 1/21. 2 fi 0.5

ZJAWISKA ELEKTROMAGNETYCZNE

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

- wiązki pompująca & próbkująca oddziaływanie selektywne prędkościowo widma bezdopplerowskie T. 0 k. z L 0 k. L 0 k

Atom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera

LITERATURA Resnick R., Holliday O., Acosta V., Cowan C. L., Graham B. J., Wróblewski A. K., Zakrzewski J. A., Kleszczewski Z., Zastawny A.

JZ wg W. Gawlik - PodstawyFizyki Atomowej, wykład 10 1/21. 2 fi 0.5

- wiązki pompująca & próbkująca oddziaływanie selektywne prędkościowo widma bezdopplerowskie. 0 k. z L 0 k. L 0 k

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Stara i nowa teoria kwantowa

III. EFEKT COMPTONA (1923)

Podstawy fizyki kwantowej i budowy materii

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

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

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Promieniowanie jonizujące i metody radioizotopowe. dr Marcin Lipowczan

Wstęp do astrofizyki I

II.4 Kwantowy moment pędu i kwantowy moment magnetyczny w modelu wektorowym

Podsumowanie W Spektroskopia dwufotonowa. 1. Spektroskopia nasyceniowa. selekcja prędkości. nasycenie. ω 0 ω Laser. ω 21 2ω.

(U.17) Zastosowania stacjonarnego rachunku zaburzeń

p.n.e. Demokryt z Abdery. Wszystko jest zbudowane z niewidzialnych cząstek - atomów (atomos ->niepodzielny)

Opis kwantowy cząsteczki jest bardziej skomplikowany niż atomu. Hamiltonian przy zaniedbaniu oddziaływań związanych ze spinem ma następującą postać:

Atom wodoru eV. Seria Lymana. od 91 nm to 122 nm. n = 2, 3,... Seria Paschena n = 4, 5,... n = 5, 6,... Seria Bracketta.

VIII. VIII.1. ORBITALNY MOMENT MAGNETYCZNY ELEKTRONU, L= r p (VIII.1.1) p=m v (VIII.1.2) L= L =mvr (VIII.1.1a) r v. r=v (VIII.1.3)

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Moment pędu w geometrii Schwarzshilda

II.6 Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym

WYKŁAD 2 Podstawy spektroskopii wibracyjnej, model oscylatora harmonicznego i anharmonicznego. Częstość oscylacji a struktura molekuły Prof. dr hab.

Tytuł: Dzień dobry, mam na imię Atom. Autor: Ada Umińska. Data publikacji:

Wykład Budowa atomu 2

Pomiar widm emisyjnych He, Na, Hg, Cd oraz Zn

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

Chemia ogólna - część I: Atomy i cząsteczki

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Początek XX wieku. Dualizm korpuskularno - falowy

Nośniki swobodne w półprzewodnikach

Karta wybranych wzorów i stałych fizycznych

Widmo sodu, serie. p główna s- ostra d rozmyta f -podstawowa

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Mateusz Winkowski, Jan Szczepanek

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Wykład Budowa atomu 3

Konfiguracja elektronowa atomu

II.6. Wahadło proste.

Streszczenie W8: Widma molekularne: Oddziaływanie atomów z polami EM:

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

Podstawy fizyki wykład 3

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 10 7.XII Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Model Bohra budowy atomu wodoru - opis matematyczny

Rozdział 23 KWANTOWA DYNAMIKA MOLEKULARNA Wstęp. Janusz Adamowski METODY OBLICZENIOWE FIZYKI 1

2/τ. ω fi Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 10 1/14 = 1. 2 fi 0.5

FALOWY I KWANTOWY OPIS ŚWIATŁA. Światło wykazuje dualizm korpuskularno-falowy. W niektórych zjawiskach takich jak

Podsumowanie W9 - Oddz. atomów z promieniowaniem EM

FALE MATERII. De Broglie, na podstawie analogii optycznych, w roku 1924 wysunął hipotezę, że

Elektronowa struktura atomu

Rysunek 3-23 Hipotetyczne widmo ciągłe atomu Ernesta Rutherforda oraz rzeczywiste widmo emisyjne wodoru w zakresie światła widzialnego

29 Rozpraszanie na potencjale sferycznie symetrycznym - fale kuliste

Podstawy Fizyki Jądrowej

L(x, 0, y, 0) = x 2 + y 2 (3)

20. Model atomu wodoru według Bohra.

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Budowa atomów. Atomy wieloelektronowe Układ okresowy pierwiastków

Pole grawitacyjne. Definicje. Rodzaje pól. Rodzaje pól... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż. Ireneusz Owczarek.

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Mechanika. Fizyka I (B+C) Wykład I: dr hab. Aleksander Filip Żarnecki Zakład Czastek i Oddziaływań Fundamentalnych Instytut Fizyki Doświadczalnej

Spektroskop, rurki Plückera, cewka Ruhmkorffa, aparat fotogtaficzny, źródło prądu

Seminarium. -rozpad α -oddziaływanie promienowania z materią -liczniki scyntylacyjne. Konrad Tudyka

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 26, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

doświadczenie Rutheforda Jądro atomowe składa się z nuklonów: neutronów (obojętnych elektrycznie) i protonów (posiadających ładunek dodatni +e)

Transkrypt:

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika Podstawy fizyki atomowej - stuktua poziomów eneg. - stany stacjonane - oddziaływania z zewn. czynnikami (polami i cząstkami) Główne kieunki ozwoju: - spektoskopia a) atomowa b) molekulana - nowe dyscypliny: - optyka nieliniowa - optyka kwantowa - fizyka ultazimnej mateii - infomatyka kwantowa - zastosowania m.in. metologia kwantowa Plan wykładu: Pzedmiot badań: atom, cząsteczka (pojedynczy - nie kyształ ani ciecz) I. Stuktua atomowa II. Oddziaływanie atomów z pomieniowaniem EM III. Metody doświadczalne wielkie ekspeymenty fizyki atomowej Mateiały: http://chaos.if.uj.edu.pl/~kuba/teaching.html Zaliczenie ćwiczenia + egzamin.

Polecane podęczniki: H. Haken, H. Ch. Wolf Atomy i kwanty, PWN, 00 ( wyd.) H. Haken, H. Ch. Wolf Fizyka molekulana z elementami chemii kwantowej, PWN, 1998. Paweł Kowalczyk Fizyka cząsteczek. Enegie i widma, PWN, 000. Zofia Leś, Podstawy Fizyki Atomu PWN 015 G. K. Woodgate Stuktua atomu, PWN, 1974. W.Demtöde Spektoskopia laseowa, PWN, Waszawa 1993. C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Laloë Quantum Mechanics vol. 1+, Wiley (N. Yok, 1977). R. Eisbeg, R. Resnick Fizyka kwantowa, PWN, 1983. M. Inguscio i Leonado Fallani: Atomic Physics:Pecise measuements and ultacold Atoms, Oxfod UP 013 + wybane atykuły w Postępach Fizyki, Świecie nauki, stony intenetowe, itp... ++ Kakowskie Konwesatoium Fizyczne +++..... Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika /

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 3/ Geneza ozwoju f. atomowej 1 - ozwój techniki pomiaowej (nowe obsewacje): 1665 Isaac Newton (ozszczepienie światła na składowe) 1814 Joseph von Faunhoffe (linie absopcyjne w widmie słonecznym) 1860 Robet Bunsen & Gustav Kichhoff (spektoskop pyzmatyczny)

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 4/ - poszukiwanie wytłumaczenia obsewacji 1884 Johan Jakob Balme (widmo wodou) H 4 linie z widma Faunhoffea; λ = (9/5)h, (4/3)h, (5/1)h, (9/8)h, gdzie h=364,56 nm seie widmowe 1/λ ~ (1/4 1/n ) 1889 Johannes R. Rydbeg 1 1 1 = R λ n' n

M Początek nowożytnej f. atomowej 1. Model atomu E. Ruthefoda (~1911) dośw. Hans Geige i Emest Masden (1909) 1871-1937 Nobel 1908 (Chemia) źódło cząstek α (jąda He) θ Folia metal. detekto cząstek α ozposzenie: cząstka alfa odpychające oddziaływanie kulombowskie pzypadki wstecznego ozposz. silne oddz. silne pola ładunek ~ punktowy bak odzutu atomów folii ładunki ozpaszające w ciężkich obiektach F ~ cała mateia folii skupiona w ciężkim jądze atomy = ciężkie jąda naładowane dodatnio o b. małych ozmiaach (~ 10-14 m << ozmia atomu ~ 10-10 m ) + lekkie elektony Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 5/

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 6/. Model Boha (1913): 1. Dozwolone tylko dysketne obity kołowe o enegii E n poziomy. Ruch bezpomienisty.. Pzy pzejściu z obity o większym (wiekszej enegii) na niższą emisja pomieniowania o częstości hν=e n -E n E n =-Rhc/n 3. Zasada koespondencji: Dla dużych n częstość emisji/absopcji odpowiada częstości uchu obitalnego elektonu (to nie pasuje dla małych n) poównujemy n i n =n- 1 wyznaczenie stałej R konsekwencje: Kwantowanie momentu pędu dla dozwolonych obit L=mυ=nħ (ħ=h/π)

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 7/. Model Boha (1913): konsekwencje: K 1/(4πε 0 ) E n = - (Z /n K )E I E I = Kme 4 /ħ = en. jonizacji = 13,6 ev stała Rydbega: R = K me 4 /ħ n = n a 0 /KZ a 0 = ħ /me = 0,05 nm (0,5 Å) υ n = KZυ 0 /n υ 0 = e /ħ Rozszezenia Sommefeld: -- ozszezenie na obity eliptyczne, kwantowanie l=0,..n-1 -- elatywistyczny efekt zmiany masy obity o malym l zniesienie degeneacji ( dobze. Diaca dopieo)

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 8/ Stan podstawowy jako stan stacjonany klasycznie całk. enegia E = T klas + V klas V klas = - e / 0 T klas = ½ mυ = ównowaga sił: m υ / = ½ e 0 = e / 0 / 0 E = - ½ e / 0 E( 0 ) 0. głęboki dół potencjał el. spada na jądo! G Potzebne fluktucje kwantowe

postulaty Boha spzeczne z dotychczasową fizyką F elekton kążący emituje (pzyspieszane ładunki pomieniują ) i powinien spaść na jądo v z mech. kwant. Δ Δp ħ aby klasyczne obity i kęt miały sens tzeba Δp << p, Δ <<, czyli (Δ/)(Δp/p) << 1 ale Δ Δp ħ (Δ Δp)/p ħ/p mv = p = nħ, czyli (Δ Δp)/p 1/n dla małych n spzeczność M (chyba że n>>1 stany ydbegowskie) nie można mówić o zlokalizowanych obitach (w sensie klas.) Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 9/

Wg. mechaniki kwantowej: Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 10/ V= -e / najkozystniej gdy 0, v ale elacja nieokeśl. wymaga, że gdy elekton zlokalizowany w obszaze o pomieniu 0 ; Δ 0, to Δp ħ/ 0 (niezeowy pęd) v gdy pęd niezeowy, niezeowa en. kin. T T min = (Δp) /m = ħ /m 0 0 a 0 T min V v E = T + V minimum E min = T min + V występuje dla 0 = ħ /me = a 0 stabilny atom J Enegia dgań zeowych"

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 11/ Mechanika kwantowa o poziomach eneget. atomu elekton w polu kulombowskim od Z potonów wg. mech. kwant. H CM =p /µ - K Ze / µ m e M/(m e +M), K 1/(4πε 0 ) C/ ówn. Schödingea: C/ potencjał kulombowski i centalny Δψ + µ/ħ(e-c/) ψ = 0 Możliwość sepaacji zmiennych w óżnych układach współzędnych -- standad sfeyczne -- standad paaboliczne, półpaaboliczne -- związki z wyboem komutujących obsewabli z założenia centalności możl. faktoyzacji na cz. adialną i kątową ψ(,ϑ,ϕ) = R()Y(ϑ,ϕ) 3 liczby kwantowe: R nl () n = 1,,... l = 0, 1,,..., n-1 -l m l Y l, m (ϑ,ϕ)

Fizyczna intepetacja liczb kwantowych n ozwiązanie cz. adialnej: E n µ C =! n Z = n ( Rhc) 4 m e R =K 3 - stała Rydbega 4 πc! (najdokładniej wyznaczona stała fundamentalna) n= n=5 n=4 n=3 n= 656,3 486 434 410 397 389 383,5 380 1875 18 1094 seia Balmea 1005 954,6 s. Paschena 4050 630 7400 Backetta Pfunda 14 ev 10 Rhc = 13,6 ev - en. jonizacji at. wodou w stanie podst. 11,5 10,6 973 950 938 5 n=1 0 seia Lymana Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 1/

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 13/ l, m ozwiązanie cz. kątowej: Y l, m (θ, φ ) e imφ a ciągłość f. falowej wymaga, by całkowita wielokotność λ zmieściła się na obwodzie obity (pom. a) kwantyzacja: πa=mλ dł. fal mateii (de Boglie) λ=h/p t (p t - skł. styczna p) p t a = L z = mħ skład. kętu może mieć tylko watości skwant.: L z =0, ±ħ, ±ħ, ±3ħ,... skwantowana też długość L (watość L ): l(l +1) ħ

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 14/ Funkcje falowe a) adialne pawdopodobieństwo adialne P()d= R d liczba pzejść R nl pzez zeo = n-l-1

G f. adialne R nl () dla potencjału kulombowskiego R nl () zależą od n i l, ale E n wyłącznie od n E [ev] l = 0 1 3 4 0-0,85-1,51-3,4 n= n=4 n=3 n= V() nie zależy od l degeneacja: n, l=0,1,..n-1. Stany m l też zdegene. stopień deg. g = Σ l (l+1) = n degeneacja pzypadkowa (tylko pot. kulomb. tylko wodó!) -13,6 Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 15/ n=1

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 16/ Funkcje falowe b) kątowe P(θ)= Y(θ) ważne dla zachowania się atomów w zewnętznych polach i dla zozumienia symetii cząsteczek

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 17/ Wiązania chemiczne a) kowalencyjne (np. H +, H ) b) jonowe pzykład: H O

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 18/ symetia sfe. współz. sfe.. Sch. (część adialna) u E m u m l l V m u d d R u R E R V l l m d d d d m l n n l n = + + + = = + + +,. 1) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 1) ( 1!!!!! m l l Ze K V eff 1) ( ) (! + + = 0 V eff l = l = 0 l = 1 baiea odśodkowa

Funkcje falowe c.d. Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 19/

Poziomy eneg. atomów jednoelektonowych E n = µ C! n = Z n ( Rhc) R =K 4 µ e 4 πc! 3 Izotopy wodou µ m e M/(m e +M) H β D β efekt izotopowy (masowy) Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 0/

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 1/ Atomy egzotyczne pozytonium (pozytonium) = (e + e ) mionium (muonium) (µ + e ) atomy mezonowe: e µ + e e + v ten sam pot. oddz. ten sam ukł. poz., inne µ inne wat. en.

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika / atom mionowy (p µ ): µ p pomień obity < R jąda mion penetuje (sonduje) jądo

Jakub Zakzewski - Opate o wykłady W. Gawlika 3/ Quasi-atomy: kopki kwantowe centa bawne w kyształach (diament + NV nitogen vacancy)