Кванттық мханикадағы тәжіриблер

Презентация қосу

Кванттық мханикадағы тәжіриблер
Кванттық механика атомдық деңгейдегі бөлшектердің қозғалысы мен
əсерлесулерінің жалпы заңдылықтарын зерттейді жəне осы заңдылықтарға сүйене
отырып атом ядросының, атомның, молекулалар мен қатты денелердің құрылысы
теориялары мен қасиеттерін тағайындайды.
Классикалық физиканың атомдардың қасиеттері мен құрылысын жəне олардың
жарықпен əсерлесуін түсіндіре алмауына байланысты физиканың жаңа бөлігі–
кванттық механика пайда болды.
Кванттық механика, толқындық механика – микробөлшектердің (элементар
бөлшектердің, атомдардың, молекулалардың, атом ядроларының) жəне олардың
жүйелерінің (мысалы, кристаллдардың) қозғалу заңдылықтарын анықтайтын,
сондай-ақ, бөлшектер мен жүйелерді сипаттайтын физикалық шамаларды
макроскопиялық тəжірибеде тікелей өлшенетін шамалармен байланыстыратын
теория.
Ол өрістің кванттық теориясында, кванттық химияда, кванттық статистикада, т.б.
қолданылады. Кванттық механика бейрелятивистік (жарық жылдамдығымен
салыстырғанда төмен жылдамдықтағы с) жəне релятивистік (жарық
жылдамдығымен салыстыруға болатын жоғары жылдамдықтағы с) болып
бөлінеді.
Боте тәжірибесі
Егер жарық тіркегіш құралмен əрекеттесетін фотондар бір-біріне тəуелсіз фотондар
ағынынан тұрса, онда өте əлсіз жарық ағындарын тіркегенде интенсивтіктің
флуктуациялары (ауытқулары) бақылануы тиіс. Мұндай ауытқулар əр секунд сайын
құралға түсетін N фотондар санының орташа мəнінен кездейсоқ ауытқудың
нəтижесінде байқалады. N саны өте үлкен болса, ауытқу елеусіз, ал N кіші болғанда,
мұндай ауытқуларды өлшеуге болады. Осындай тəжірибелердің алғашқысын 1924
жылы В. Боте жасады. Газ разрядты екі санағыштың арасына жұқа металл фольга Ф
орналастырылады. Фольгаға қырынан қысқа толқынды рентген сəулелерінің өте
əлсіз жіңішке шоғы түсіріледі. Рентген сəулелерінің əсерінен фольганың өзі
интенсивтігі өте аз рентген сəулелерін шығара бастайды (рентгендік
флуоресценция), яғни фольга шығаратын фотондардың саны болымсыз аз. Рентген
сəулелері санағыштарға С түскенде арнаулы М механизмдер іске қосылады. Бұл
механизмдер бірқалыпты жылжып отыратын Т таспаның екі шетіне белгі соғып
тұрады. Егер фольгадан шығатын рентген сəулесі толқын түрінде үздіксіз, жан-жаққа
бірдей таралса, таспаның екі жағына түсетін белгілер симметриялы болып шығар
еді. Ал тəжірибеде бұл белгілер ретсіз, қалай болса солай орналасқан болып шықты.
Мұны тек фотондар фольгадан бір-біріне тəуелсіз, үздікті түрде, барлық бағытта
ұшып шығуының нəтижесі деп түсіндіруге болады.
Вавилов тәжірибелері

Бұл тəжірибелерде өте əлсіз, интенсивтігі адам көзінің жарықты сезіну
шегімен сəйкес келетін жарық көздерінің бір жанып, бір сөніп жыпылықтап
тұруы бақыланды. Егер адам біраз уақыт қараңғыда отырса, ол тек
интенсивтігі белгілі бір шектік мəннен жоғары жарықты көре алады, одан
əлсізді көрмейді. Мысалы, толқын ұзындығы λ=500 нм жарықты сезу үшін
адам көзіне секунд сайын кем дегенде 200—400 фотон түсуі керек. Сонда
жаңағы қараңғыда жыпылықтап тұрған əлсіз жарқылдың кейбіреулерін
бақылаушы адам көріп, кейбіреулерін көре алмаған. Бұдан əр жарқыл
кезінде интенсивтік орташа мəнінен ауытқып отырған деген қорытынды
жасауға болады, яғни ұшып шыққан фотондар саны кейде көздің көру
шегіне жетпей қалып отырған.
Абсолют қара дененің сәуле шығаруы. Планк болжамы.

Электромагниттік құбылыстардың ішінде тепе-теңдік қалыптағы сəуле шығару
құбылысьның алатын орны ерекше. Осы құбылыстың теориясын жасау үрдісінде
физиканың жаңа бөлімі - кванттық механика тағайындалды. Сырты жылулық сəуле
шығармайтын материалмен қапталған, Т - температураға дейін қыздырылған, іші қуыс
дененің жылу сəулелерін шығаруын тепе-теңдік қалыптағы сəуле шығару деп
қарастыруға болады. Осы қуыста кішкене саңылау жасалса, онда сырттан түсірілген
электромагниттік сəулелер қуыс ішінде түгел қалады, яғни бұл денені абсолют қара
дене ретінде қабылдауға болады.
Қуыстың қабырғалары электромагниттік толқындарды шығарып жəне жұтып ала
алады. Тепе-теңдікте 1 сек ішінде бөлініп шығатын сəулелер мен жұтып алатын
сəулелердің шамалары бірдейлігінен, қуыстың ішінде энергия тығыздығы
U =1(E 2+ H 2)
тұрақты электромагниттік өріс пайда болады.
Жарық кванттары

Абсолют қара дененің ішкі қабырғасын осцилляторлардан
тұрады деп алып, олар энергияны үзілісті түрде шығарады
деген Планк болжамының жеткілікті физикалық негізі
болмады. Сондықтан А. Эйнштейн (1905 ж.) бұл болжамды
дамытып, тек абсолют қара дененің жылулық сəуле
шығаруы ғана емес, электромагниттік сəулелердің өзі де
жеке бөлшектерден-фотондардан тұрады деген жаңа, тың
болжам ұсынды. Яғни, Эйнштейн теориясы бойынша,
электромагниттік өріс тыныштық массасы нольге тең
бөлшектерден-фотондардан тұрады. Бұл болжам бойынша
электромагниттік өріс энергиясы:
Комптон эффектісі
Енді осы Комптон эффектісінің қарапайым теориясын құрастырайық. Егер жарықта
бөлшектік қасиет болмай, оны тек толқын деп қарастырсақ, онда дифракция
құбылысы бойынша, жарық толқындары тарау жолындағы кедергілерді айналып
өтуге тиіс. Яғни,классикалық теория бойынша еркін электрондарда шашыраған
жарықтың жиілігі өзгермейді (w = w¢). Ал, кванттық теория бойынша, фотон
энергиясының белгілі бір бөлігін электронға беріп, оның шашырағаннан кейінгі
жиілігі бастапқы жиіліктен кем болады.
Рентген сəулелерін шашыратқыштар ретінде құрамындағы электрондары атомдармен
əлсіз байланысқан денелер (парафин, графит) алынған. Рентген сəулелерінің
энергиясы өте үлкен болғандықтан есептеулерде атомдағы электрондардың
энергияларын ескермей, оларды еркін, тыныштық күйде деп қарастыра аламыз.
Сондықтан əсерлескенге дейін электронның энергиясы E0 = m0 c 2 ,
ал, импульсы Р0 нольге тең деп қабылдаймыз
Қорытынды
Кванттық механиканың математикалық аппаратының негізіне – кванттық
жүйе координаталарға тəуелді Y(x, y, z, t ) функциясымен сипатталды,
осы функцияның

модулінің квадраты координаталар мəндерінің кеңістікте үлестірілуінің
ықтималдылығын көрсетеді деген тұжырым жатыр.

Көптеген тəжірибелер кейбір физикалық шамалардың белгілі бір
жағдайларда үзілісті мəндерге ие болатынын көрсетеді. Классикалық
физикада мұндай жағдай белгісіз еді. Сондықтан классикалық физикада
физикалық шамалар үзіліссіз, дифференциалданатын функциялармен
сипатталады. Ал кванттық механикада физикалық шамалар үзіліссіз де,
дискретті де мəндерге ие болуы мүмкін. Мысалы: бос электрондардың
координатасы, импульсі үзіліссіз мəндерге, ал атомдардағы электронның
энергиясы Е мен импульс моменті М дискретті мəндерге ие болады.

Ұқсас жұмыстар

Кванттық ротатор

Кванттық физика тарихы және тарихи деректерді физика пәнін оқытуда қолдану әдістемесін оқыту

Физикалық шамалардың операторлары

Атомның кванты - механикалық моделі

Сәуле шығарғыштық қабілеті

КВАНТ САНДАРЫ

Нанотехнологияға кіріспе. Нанотехнологиялардағы кванттық эффектілер

Сәуле шығару энергиясы

ҚАЗІРГІ ЗАМАНҒЫ ФИЗИКА

Кванттық физика Фотоэффект

Пәндер