А). Сформулируйте закон Кирхгофа для теплового излучения. Какой физический смысл имеет универсальная функция Кирхгофа?

Отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела, оно является для всех тел одной и той же (универсальной) функцией длины волны и температуры.

Закон Кирхгофа: где - испускательная способность тела, – поглощательнаяспособность, - универсальная функция Кирхгофа, Т -температура тела.

Сами величины и , взятые отдельно, могут меняться чрезвычайно сильно при переходе от одного тела к другому. Отношение их одинаково для всех тел. Это значит, что тело, сильнее поглощающее какие-либо лучи, будет сильнее эти лучи и испускать.

Физический смысл имеет универсальная функция Кирхгофа: - универсальная функция Кирхгофа есть не что иное, как испускательная способность абсолютно черного тела.

б). Когда свет с широким диапазоном длин волн проходит через га­зообразный водород при комнатной температуре, то наблюдаются линии поглощения только серии Лаймана. Почему не наблюдаются линии поглощения других серий?

Серия поглощения Лаймана соответствует переходам электрона в атоме водорода с основного состояния Атом находится в основном, а не в возбужденном состоянии. Действительно, для перехода атома в возбужденное состояние требуется сообщить атому энергию. Такая энергия передается атомам при столкновении их друг с другом. При комнатной температуре средняя кинетическая энергия атомов газа Эта энергия совершенно недостаточна для перевода атома в возбужденное состояния. Для этого требуется энергия порядка нескольких электровольт.

в). В чем состоит суть ядерной модели атома, предложенной Резерфордом? На основании результатов, каких экспериментов Резерфорд ее предложил? Почему ядерная модель атома оказалась несостоя­тельной?

Существенную роль в создании классической модели атома сыграли опыты Резерфорда по рассеянию частиц. Он исследовал рассеяние -частиц на Ме фольгах.

Ядерная модель атома Резерфорда. Согласно этой модели атом состоит из положительного ядра, имеющего заряд Zе (Z - порядковый номер элемента в таблице Менделеева, е - элементарный заряд), размер 10^-5 -10^-4 А (1А= 10^-10 м) и массу практически равную массе атома. Вокруг ядра по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Так как атомы нейтральны, то вокруг ядра должно вращаться Z электронов, суммарный заряд которых - Zе. Размеры атома определяются размерами внешних орбит электронов. Масса электронов составляет очень малую долю массы ядра. Итак, ядро атома занимает ничтожную часть объема атома и в нем сосредоточена практически вся (» 99,95%) масса атома. Резерфорд предположил, что атом устроен подобно планетарной системе. Как вокруг Солнца на больших расстояниях от него обращаются планеты, так электроны в атоме обращаются вокруг атомного ядра. Радиус круговой орбиты самого далекого от ядра электрона и есть радиус атома. Такая модель атома была названа планетарной моделью. Планетарная модель атома объясняет основные закономерности рассеяния заряженных частиц. Так как большая часть пространства в атоме между атомным ядром и обращающимися вокруг него электронами пуста, быстро заряженные частицы могут почти свободно проникать через довольно значительные слои вещества, содержащие несколько тысяч слоев атомов. При столкновениях с отдельными электронами быстрые заряженные частицы испытывают рассеяние на очень большие углы, так как масса электрона мала. Однако в тех редких случаях, когда быстрая заряженная частица пролетает на очень близком расстоянии от одного из атомных ядер, под действием силы электрического поля атомного ядра может произойти рассеяние заряженной частицы на любой угол до 180°.Результаты опытов по рассеиванию - частиц свидетельствуют в пользу ядерной модели Резерфорда. Однако ядерная модель оказалась в противоречии с законами классической механики и электродинамики. Поскольку система неподвижных зарядов не может находиться в устойчивом состоянии, Резерфорду пришлось отказаться от статической модели атома и предположить, что электроны движутся вокруг ядра, описывая замкнутые траектории. Но тогда электрон будет двигаться с ускорением, т.к. согласно классической электродинамике, он должен непрерывно излучать электромагнитные (световые) волны. Этот процесс должен сопровождаться потерей энергии и электрон в конечном итоге должен упасть на ядро.

г). Как, исходя из соотношения неопределенностей, объяснить нали­чие естественной ширины спектральных линий?

Среднее время жизни электрона в возбужденном нестабильном состоянии атома . Это – неопределенность времени, так как невозможно указать точный момент времени, когда электрон переходит в основное состояние. Соотношение неопределенностей можно записать для энергии и времени: . Отсюда: все уровни энергии возбужденных состояний «размыты» в полоски ширины . Фотоны, излучаемые при идентичных переходах в основное состояние,

могут иметь разную частоту. Неопределенность частоты: . Все спектральные линии будут размыты в полоски ширины: . Эта ширина называется естественной шириной спектральной линии и не может быть уменьшена ни одним спектрографом, даже если его разрешающая способность идеальна.

Ширина основного уровня энергии , так как время нахождения на нем электрона

 

2. Плоская световая волна интенсивности I=0,70 Вт/кв.см освещает шар с абсолютно зеркальной поверхностью. Радиус шара r=5,0 см. Найти с помощью корпускулярных представлений силу светового давления, испытываемую шаром.

2. Основываясь на том, что первый потенциал возбуждения водородного атома Ф₁=10,2В, определить энергию фотона, соответствующего первой линии серии Бальмера.

Решения нет*(

 

 

Билет 7

А). Запишите формулу Планка. Используя формулу Планка получите формулу Рэлея-Джинса и правило смешения Вина.

Правило смещения Вина. Если испускательная способность абсолютно черного тела достигает максимального значения при l=l_m, то производная по l от испускательной способности в выражении должна обращаться в ноль при l=l_m. Взяв производную по l и введя

обозначение , получаем уравнение xe^x -5 e^x +5=0. Единственное решение этого транцендентного уравнения x @4.965, тогда

- постоянная Вина. Формула Рэлея-Джинса. Как упоминалось выше, формула Рэлея-Джинса хорошо согласуется с экспериментальными данными для случая больших

температур и малых частот, т.е. . Тогда можно записать

, и значение испускательной способности абсолютно черного тела будет равно , что совпадает с формулой Рэлея-Джинса

б). Какие типы лазеров вы знаете? Объясните принцип действия наи­более распространенного - He-Ne лазера.

Существует несколько классификаций лазеров. По типу активной среды они делятся на газовые, твердотельные, жидкостные и полупроводниковые. По временным характеристикам излучения: на непрерывные и импульсные. Можно классифицировать лазеры также по типу накачки, по типу резонатора и.т.д.

Инверсия населенности в гелий-неоновом лазере достигается при помощи газового разряда. В газовом разряде электроны ускоряются электрическим полем, сталкиваются с атомами и ионизуют их, вызывая появление вторичных электронов, которые в свою очередь также ускоряются, и т. д. Часть атомов при столкновениях не ионизуется, а возбуждается. При определенных условиях (давлении газа, напряжении на трубке) доля возбужденных атомов может оказаться столь велика, что возникнет инверсия населенности. В гелий-неоновом лазере рабочим веществом являются нейтральные атомы Ne. Они могут быть возбуждены непосредственно в газовом разряде. Однако времена жизни уровней неона таково, что инверсная населенность, создаваемая таким образом, невелика. Поэтому дополнительно используется резонансная передача возбуждения атомами гелия, которые присутствуют в разряде в качестве примеси. При этом используется тот факт, что энергии уровней E ₂ и E ₃ гелия весьма близки к энергиям уровней E ₄ и E ₅ неона. Для того, чтобы процесс передачи энергии эффективно шел от He к Ne, а не наоборот, отношение парциальных давлений He и Ne должно быть приблизительно 3:1.Рабочими переходами Ne являются переходы E ₅® E ₃и E ₄® E ₃, при этом длины волн лазерного излучения равны l ₅₃=0,63 мкм и l ₄₃=1,15 мкм. Выбор длины волны излучения He-Ne лазера осуществляется выбором типа интерференционных зеркал. Энергетический уровень E ₃ опустошается за счет безизлучательных переходов на уровень E ₂.

в). Источником световой энергии, излучаемой Солнцем и звездами, служит ядерный синтез. Какие условия в недрах звезд делают воз­можным протекание термоядерных реакций?

Для осуществления ядерного синтеза необходимо сблизить ядра легких элементов на расстояние , поскольку на таких расстояниях существуют ядерные силы. Такому сближению мешает кулоновское отталкивание ядер. Звезды за счет своей огромной массы испытывают пр. гравитационное сжатие. За счет него во внутренних слоях звезды и происходит сближение ядер – осуществляется термоядерный синтез

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: