Atom. Doświadczenie Geigera-Marsdena

Podobne dokumenty
Eikonał Optyczny.doc Strona 1 z 6. Eikonał Optyczny

Wykład 2: Atom wodoru

Przykłady procesów nieodwracalnych: wyrównywanie się temperatur, gęstości i różnicy potencjałów.

II.6. Wahadło proste.

Badanie zależności natężenia wiązki promieniowania od odległości

Wykrzykniki 2016 pomoc do egzaminu pisemnego, 8.II, 2016, godz

Pole magnetyczne. 5.1 Oddziaływanie pola magnetycznego na ładunki. przewodniki z prądem Podstawowe zjawiska magnetyczne

Oddziaływania fundamentalne

ROZWIĄZUJEMY PROBLEM RÓWNOWAŻNOŚCI MASY BEZWŁADNEJ I MASY GRAWITACYJNEJ.

Laboratorium nr 5 - szybkie prototypowanie, "targetowanie" i realizacja sterowania zdecentralizowanego

BRYŁA SZTYWNA. Umowy. Aby uprościć rozważania w tym dziale będziemy przyjmować następujące umowy:

Termodynamika. Część 10. Elementy fizyki statystycznej klasyczny gaz doskonały. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

II.3 Rozszczepienie subtelne. Poprawka relatywistyczna Sommerfelda

XXXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, lipca 2009 r. ZADANIE TEORETYCZNE 3 DLACZEGO GWIAZDY SĄ TAK DUŻE?

Atom wodoru w mechanice kwantowej

Guma Guma. Szkło Guma

Model Atomu Bohra. Część 2

Fizyka cząstek elementarnych

Energia kinetyczna i praca. Energia potencjalna

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

Podstawy fizyki subatomowej

Model klasyczny gospodarki otwartej

POLE ELEKTROSTATYCZNE W PRÓŻNI - CD. Dipol charakteryzuje się przez podanie jego dipolowego momentu elektrycznego p (5.1)

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

11. DYNAMIKA RUCHU DRGAJĄCEGO

Wykład Półprzewodniki

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

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

29 Rozpraszanie na potencjale sferycznie symetrycznym - fale kuliste

Lista A) Proszę pokazać, że przy padaniu prostopadłym na granicę ośrodka próżnia(dielektryk)-metal,

m q κ (11.1) q ω (11.2) ω =,

PRĄD ELEKTRYCZNY I SIŁA MAGNETYCZNA

- substancje zawierające swobodne nośniki ładunku elektrycznego:

20 ELEKTROSTATYKA. PRAWO COULOMBA.

Fizyka. Wykład 2. Mateusz Suchanek

Siła. Zasady dynamiki

KRYTERIA OCENIANIA ODPOWIEDZI Próbna Matura z OPERONEM. Matematyka Poziom rozszerzony

Przejścia międzypasmowe

Ekscytony Wanniera Motta

CHARAKTERYSTYKA OBCIĄŻENIOWA

VI.5 Zderzenia i rozpraszanie. Przekrój czynny. Wzór Rutherforda i odkrycie jądra atomowego

Wykład: praca siły, pojęcie energii potencjalnej. Zasada zachowania energii.

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

W Wymiana ciepła. Opór r cieplny Przewodzenie ciepła Konwekcja Promieniowanie Ekranowanie ciepła. Termodynamika techniczna

WYKŁAD 11 OPTYMALIZACJA WIELOKRYTERIALNA

8. PŁASKIE ZAGADNIENIA TEORII SPRĘŻYSTOŚCI

Pęd, d zasada zac zasad a zac owan owan a p a p du Zgod Zg n od ie n ie z d r d u r g u im g pr p a r wem e N ew e tona ton :

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI. W roku 1820 Oersted zaobserwował oddziaływanie przewodnika, w którym płynął

Komputerowa symulacja doświadczenia Rutherforda (rozpraszanie cząstki klasycznej na potencjale centralnym

GEOMETRIA PŁASZCZYZNY

Karta wybranych wzorów i stałych fizycznych

Granica funkcji - Lucjan Kowalski GRANICA FUNKCJI

3. Struktura pasmowa

Pędu Momentu pędu Ładunku Liczby barionowej. Przedmiot: Fizyka. Przedmiot: Fizyka. Wydział EAIiE Kierunek: Elektrotechnika.

PRĘDKOŚCI KOSMICZNE OPRACOWANIE

Modele odpowiedzi do arkusza Próbnej Matury z OPERONEM. Matematyka Poziom rozszerzony

KONKURS Z MATEMATYKI DLA UCZNIÓW SZKÓŁ PODSTAWOWYCH

Ćw. 4 SprzęŜenie zwrotne

Magnetyzm. A. Sieradzki IF PWr. Pole magnetyczne ŁADUNEK ELEKTRYCZNY ŁADUNEK MAGNETYCZNY POLE ELEKTRYCZNE POLE MAGNETYCZNE

1. Ciało sztywne, na które nie działa moment siły pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem obrotowym jednostajnym.

IV.2. Efekt Coriolisa.

Fizyka dla Informatyki Stosowanej

Wykład 15. Reinhard Kulessa 1

dr inż. Zbigniew Szklarski

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

Arkusze maturalne poziom podstawowy

Wyznaczanie profilu prędkości płynu w rurociągu o przekroju kołowym

MECHANIKA OGÓLNA (II)

Modelowanie przepływu cieczy przez ośrodki porowate Wykład III

ZESTAW ZADAN Z FIZYKI KWANTOWEJ (2)

Moment pędu w geometrii Schwarzshilda

GRAWITACJA. przyciągają się wzajemnie siłą proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu ich odległości r.

Wykład 10. Reinhard Kulessa 1

= ± Ne N - liczba całkowita.

Wykład 5: Dynamika. dr inż. Zbigniew Szklarski

WYKŁAD 1. W przypadku zbiornika zawierającego gaz, stan układu jako całości jest opisany przez: temperaturę, ciśnienie i objętość.

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Zjawisko Zeemana (1896)

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

Elementarne przepływy potencjalne (ciąg dalszy)

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

KOOF Szczecin: Komitet Główny Olimpiady Fizycznej. Andrzej Wysmołek Komitet Główny Olimpiady Fizycznej, IFD UW.

Fizyka 10. Janusz Andrzejewski

Mechanika Kwantowa. Maciej J. Mrowiński. 24 grudnia Funkcja falowa opisująca stan pewnej cząstki ma następującą postać: 2 x 2 )

Kwantowa natura promieniowania

MODELOWANIE OPTYCZNEGO ELEMENTU PRZEŁĄCZNICY OXC OPARTEGO NA KĄTOWYM NAPĘDZIE ELEKTROSTATYCZNYM MEMS

dr inż. Zbigniew Szklarski

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

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ

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

Podsumowanie W2: V V c + V nc. Przybliżenie Pola Centralnego: H = H free +V = H 0 +V nc

ι umieszczono ladunek q < 0, który może sie ι swobodnie poruszać. Czy środek okregu ι jest dla tego ladunku po lożeniem równowagi trwa lej?

Uogólnione wektory własne

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

PRZEMIANA ENERGII ELEKTRYCZNEJ W CIELE STAŁYM

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Dynamika relatywistyczna

Wykład FIZYKA I. 8. Grawitacja. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Prawa ruchu: dynamika

Transkrypt:

Wykład III Atom Badania zmizając do poznania i zozui stuktuy atomu pzyczyniły się w ogomnj miz do ukształtowania mtod fizyki kwantowj tak doświadczalnj jak i totycznj Opisana tż została i wyjaśniona budowa atomu Doświadczni Giga-Masdna Doświadczni a właściwi cała sia doświadczń wykonanych pzz Hansa Giga i Ensta Masdna pod kiunkim Ensta Ruthfoda w latach 1908-191 pozwoliła poznać stuktuę atomu W doświadczniach tych badano ozpaszani cząstk alfa na cinkich mtalowych foliach Schmat układu kspymntalngo pzdstawia ysunk Cząstki alfa pochodząc z adioaktywngo źódła padają na cinką mtalową folię Większość z nich pzchodzi pzz folię nimal ni ziając kiunku swojgo uchu pozostał natomiast ulgają ozposzniu ich to odchyla się od początkowgo o kąt Waz z wzostm tgo kąta ubywa ozposzonych cząstk lcz występują i taki któ zostają odchylon 0 całkowici do tyłu tj o kąt 180 Rozposzon cząstki alfa jstowan są pzz dtkto czy układ dtktoów otaczających folię Cały układ umiszczony jst w komoz póżniowj aby wyliować oddziaływani cząstk alfa z powitzm 1

Wykład III cd Plantany modl atomu Analizując wyniki pomiaów Giga i Masdna Ruthfod doszdł do wniosku ż ozpaszani cząstk alfa faktyczni zachodzi na ciężkich obdazonych dodatnim ładunkim obiktach dużo mnijszych niż sam atomy Tym samym Ruthfod pzdstawił plantany modl atomu w któym lkki ujmni naładowan lktony okążają ciężki naładowan dodatnio jądo Atom jako całość jst lktyczni nutalny gdyż ładunk jąda jst kompnsowany pzz sumę ładunków lktonów Pzkój czynny Ruthfoda Wniosk o istniniu nidużgo lcz ciężkigo naładowango dodatnio jąda atomowgo Ruthfod sfomułował na podstawi analizy ozkładu kąta ozposznia cząstk alfa Pzśldzimy to ozumowani wypowadzając słynną fomułę opisującą kątowy ozkład ozposzonych cząstk W tym clu ozważamy uch naładowanj cząstki alfa w odpychającym polu Coulomba wytwazanym pzz jądo atomow o któym zakładamy ż jst dużo cięższ od cząstki alfa Po piwsz stwidzamy ż uch cząstki alfa odbywa się w płaszczyźni co wynika z zachowania jj momntu pędu w polu siły cntalnj czyli siły działającj wzdłuż postj łączącj źódło siły i obikt na któy ta siła działa Momnt pędu dango punktu matialngo dfiniujmy jako p m gdzi jst wktom położnia punktu p jgo pędm a zachowani momntu pędu dowodzimy postym achunkim d m m F 0 0 Wktoy lżą więc w niziającj się w czasi płaszczyźni postopadłj do wktoa i p Skoo uch cząstki zachodzi w płaszczyźni wygodni jst go opisywać z pomocą współzędnych bigunowych Tajktoię cząstki paamtyzujmy więc odlgłością od cntum ozpaszania i kątm To cząstki pzdstawia ysunk na któym zaznaczono zn ( ) a takż paamt zdznia b kąt odpowiadający imalnj odlgłości cząstki alfa od cntum sił a takż kąt ozposznia któy jak widać na ysunku ówny jst 0

Wykład III cd Aby znalźć ozkład kąta ozposznia cząstk alfa jako funkcję paamtu zdznia b ni musimy ozwiązać odpowidnich ównań uchu wystaczy się tylko odwołać do dwóch paw zachowania: momntu pędu i ngii Wilkość momntu pędu cząstki alfa w współzędnych bigunowych znajdujmy jako p p m const p d gdzi jst aksjalną składową pędu to pędkość kątowa Całkowita ngia cząstki ówna jst 1 1 E m( ) V ( ) m const m V ( ) jst ngią potncjalną pzy czym współczynnik wynosi Z1Z gdy jądo o liczbi poządkowj Z 1 oddziałuj z jądm o liczbi poządkowj Z

Wykład III cd Z wyażnia na momnt pędu wyliczamy pędkość kątową a z wyażnia na ngię d m d m E m m jako Zakładamy tutaj ż E 0 aby wyażni pod piwiastkim było niujmn Bioąc stosunk tych wilkości otzymujmy A zatm d d ( ) d d m m' E m m d' E m m' ' Nas intsuj kąt odpowiadający imalnj odlgłości cząstki alfa od cntum gdyż okśla on kąt ozposznia Odlgłość znajdujmy jako mijsc zow pochodnj d d m E m co powadzi do ównania kwadatowgo E m 0 któgo ozwiązanim jst wyażni m me 0 m 0 m m me me 4

Wykład III cd Intsujący nas kąt znajdujmy więc jako d dx 0 me ( x a) x( x b) m E m m gdzi a m m me m me b me me Poniważ b a 0 więc potzba nam całka wynosi i ostatczni znajdujmy dx 1 a b accos x a) x( x b) ab a b 0 ( cos m 4 m me m v gdzi wyaziliśmy jszcz ngię cząstki pzz początkową pędkość gdy cząstka znajduj się dalko od cntum ozpaszania momnt pędu zaś pzz tę pędkość i paamt zdznia b czyli mv E mvb Kąt ozposznia ówny okśla więc fomuła cos cos sin 4 m v b Zgodni z oczkiwaniami 0 gdy b natomiast dla b 0 Zamiast opować ozkładm kąta ozposznia cząstk któy zalży od intnsywności wiązki cząstk padających na taczę wpowadzimy ważną wilkość zwaną óżniczkowym pzkojm czynnym okśloną jako d dn d u gdzi dn jst liczbą cząstk ozposzonych pod kątm z pzdziału ( d ) jst gęstością wiązki zaś u pędkością cząstk wiązki względm taczy Iloczyn u mówi il cząstk wiązki pada w jdnostc czasu na jdnostkową powizchnię postopadłą do kiunku wiązki Pzkój czynny któy ma wymia powizchni zalży tylko od odziaływania pocisku z taczą ni zaś od waunków kspymntu b v 5

Wykład III cd Aby cząstka oddziaływała z jądm a paamt zdznia wynosił musi ona tafić w piściń o powizchni pokazany na ysunku Innymi słowy pzkój czynny na oddziaływani z paamtm zdznia b jst ówny powizchni piścinia i wynosi d bdb A zatm óżniczkowy pzkój czynny znajdujmy jako b bdb d db d b( ) d d Poniważ sin b ctg 4 m v b mv A zatm cos d sin d d mv mv 4 sin sin gdzi wykozystaliśmy tożsamość sin sin cos Zwykl ozważamy ozpaszani w kąt byłowy d sin d co pozwala zapisać słynny wzó na pzkój Ruthfoda w postaci d 1 d mv 4 sin Wypowadzony pzkój czynny ma kilka cikawych własności Ni zalży on od znaku współczynnika co oznacza ż ozkład kąta ozpaszania jst taki sam zaówno dla pzyciągania Coulomba jak i odpychania Ruthfodowski pzkój staj się niskończony gdy kąt dąży do zo Powoduj to ż całkowity pzkój czynny czyli d d jst niskończony st to skutkim niskończongo zasięgu siły Coulomba co spawia ż cząstki oddziaływując nawt z niskończni wilkim paamtm zdznia ulgają ozposzniu tyl ż o niskończni mały kąt W zczywistości gdy paamt zdznia jst większy niż pomiń atomu ładunk jąda jst kanowany więc ozpaszana cząstka już ni oddziałuj z jądm 6

Wykład III cd Kłopoty z plantanym modl atomu Wypowadzony pzz Ruthfoda pzkój czynny świtni się zgadzał z wynikami pomiaów Giga i Masdna a jdnak plantany modl atomu ni mógł być popawny i to z dwóch ważnych powodów Elkton okążając jądo atomow pousza się z pzyśpisznim co zgodni z lktodynamiką klasyczną wymusza misję poiowania Elkton więc taci ngię i ostatczni spada na jądo Atomy więc ni byłyby stabiln Atomy mają ozmiay ok natomiast zgodni z plantanym modlm atomy mogą być zupłni dowolnych ozmiaów okślanych jdyni pzz watości ngii i momntu pędu lktonów 10 10 m Modl Boha atomu wodou W 191 oku Nils Boh zapoponował kwantowy modl atomu któy miał usunąć tudności modlu klasyczngo Boh ozważając najpostszy atom wodou składający się z jąda (twozongo pzz poton o czym w owym czasi ni widziano) i jdngo lktonu pzyjął ż na obici stacjonanj lkton ni poiuj a jgo momnt pędu jst całkowitą wilokotnością h stałj Plancka Siła lktostatyczngo pzyciągania zaś jst ównoważona pzz siłę odśodkową bzwładności Dla uposzcznia ozważań zakładamy dalj ż obita jst okęgim o poiu oaz ż śodk masy pokywa się z położnim potonu co jst uzasadnion gdyż masa lktonu m jst blisko 000 azy mnijsza od masy potonu Momnt pędu pzybia wtdy watości n mv n n 1 v m a waunk ównowagi sił ma postać i powadzi do wyażnia na pomiń obity mv n m 11 Wilkość a B 5 10 m zwana jst poim Boha Zwóćmy m uwagę ż okślon ozmiay atomów wymagają istninia stałj Plancka! Gdyby jj ni było atomy byłyby tak jak obity plant najóżnijszych ozmiaów 7

Wykład III cd Engia kintyczna lktonu i potncjalna są dan wzoami T mv m n 4 4 m V n więc ngia całkowita wynosi 4 m R E n T V n 1 n n gdzi m R 4 16 V jst tzw stałą Rydbga Widzimy ż ngia jst skwantowana! Lini spktaln Boh pzyjął ż jśli lkton znajduj się na obici n i pzchodzi na niższą obitę n ( n' n) to wymitowany foton ma ngię: E 1 1 En' En R n n' Częstotliwość (częstość) poiowania wynosi R 1 1 h n n' R 1 1 n' n n' n n n' Widzimy ż częstość poiowania pzybia ściśl okślon watości lini spktaln któ odkyt na pzłomi XIX i XX wiku stanowiły wilką zagadkę Lini twozą si Gdy n 1 a n ' 4 mamy do czyninia z sią Lymana jśli n a n ' 4 5 z sią Balma a kidy n zaś n ' 4 5 6 mamy się Paschna Wyjaśnini pochodznia linii spktalnych było największym sukcsm modlu Boha Ni wyjaśnia on natomiast dlaczgo stanm o najniższj ngii ma być tn o n 1 ni zaś n 0 ni wyjaśnia tż stabilności atomu T poblmy można było dopio ozwiązać na gunci mchaniki kwantowj 8

Wykład III cd Dygsja Wpowadzani sił bzwładności często budzi kontowsj wato więc pokazać ż ównani ównowagi mv / / można łatwo wypowadzić ni odwołując się do pojęcia sił bzwładności Rozpatując uch pod działanim siły Coulomba po okęgu o ustalonym poiu znajdującym się w płaszczyźni x-y mamy dwa nwtonowski ównania uchu mx my x y znak us wynika z faktu ż siła jst pzyciągająca Wpowadzając współzędn bigunow ( ) współzędn katzjański ówn są i a ównania uchu pzyjmują postać x cos y sin m(cos sin ) cos m(sin cos ) sin cos sin m sin cos m cos sin Mnożąc piwsz ównani pzz a dugi pzz cos i odjmując stonami od piwszgo ównania dugi dostajmy 0 co oznacza ż uch po okęgu odbywa się z stała pędkością kątową sin Mnożąc piwsz ównani pzz stonami dostajmy gdzi zostało uwzględnion ż cos a dugi pzz sin mv m m v i dodając ównania 9