Становление квантовых идей от М. Планка до Н. Бора Работу выполнил : Студент гр. Ф -113 Пфау Владислав Сергеевич

Становление квантовых идей от М. Планка до Н. Бора

Открытие элементарных частиц

1897 год – открытие Дж. Томсоном электрона. Дж. ТомсонЭ. Резерфорд Дж. Чедвик 1919 год – Э. Резерфорд обнаружил протоны год – Дж. Чедвик открыл нейтрон.

Хронология становления квантовой теории 1900 г. Макс Планк пришёл к заключению, что энергия осциллятора ( механической системы ) - частицы, колеблющейся около положения равновесия - изменяется дискретно А. Эйнштейн выдвинул гипотезу световых квантов и показал, что она объясняет феномен фотоэффекта, непонятный с позиций волновой теории распространения света.

Хронология становления квантовой теории Н. Бор издал работу « О строении атомов и молекул ». Н. БорЛ. Де БройльЭ. Шредингер Луи де Бройль выдвинул гипотезу об универсальности корпускулярно - волнового дуализма Эрвин Шредингер получил уравнение для волновой функции и применил его к атому водорода.

Хронология становления квантовой теории В. Гейзенберг получает соотношение неопределённостей П. Дирак применил квантовую механику к электромагнитному полю П. Дирак обобщил уравнение Шредингера для электронов, движущихся с произвольными скоростями.

М. Планк ПЛАНК МАКС (1858–1947), немецкий физик - теоретик, основоположник квантовой теории. Родился 23 апреля 1858 в Киле. Учился в Мюнхенском и Берлинском университетах, в последнем прослушал курс лекций физиков Гельмгольца и Кирхгофа и математика Вейерштрасса.

Идеи Планка. Кванты. Начало развитию квантовой теории положили относящиеся к 1900 г. работы Макса Планка по теории излучения « черного тела ». Попытка построить теорию излучения черного тела на основе законов классической физики привела к серьезным трудностям.

Рассмотрим замкнутую полость, поддерживаемую при постоянной температуре. Обмен энергией внутри рассматриваемой полости должен приводить к передаче энергии от любой длины волны к более короткой до тех пор, пока практически вся энергия не окажется в ультрафиолете или ещё дальше.

Согласно закону Рэлея, спектральная плотность энергии должна возрастать с увеличением частоты. Возникала « ультрафиолетовая катастрофа ». Однако, она не наблюдается у реальных излучателей, от разогретого докрасна железа до ярко - белого Солнца

Эксперименты определенно указывали на то, что с увеличением частоты спектральная плотность вначале растет, а затем, начиная с некоторой частоты, соответствующей максимуму плотности, падает, стремясь к нулю, когда частота стремится к бесконечности.

М. Планк, приступая к решению этой задачи, располагал только той самой экспериментальной колоколообразной кривой. Возникал вопрос : как нужно минимально изменить ( модифицировать ) теорию, чтобы согласовать её с фактами ?

Более детально правило Планка гласит : Излучение упаковано порциями ( кванты ). Каждый квант состоит из излучения единственной частоты ( и, следовательно, единственной длины волны, то есть из света « одного цвета » - из монохроматического излучения ). Правило, определяющее размер квантов : энергия кванта пропорциональна частоте излучения в данном кванте : Е =h υ ( постоянная Планка на частоту излучения ).

Альберт Эйнштейн Эйнштейн Альберт ( – ) - физик - теоретик, один из основоположников современной физики. Известен прежде всего как автор теории относительности. Эйнштейн внес также значительный вклад в создание квантовой механики, развитие статистической физики и космологии. Лауреат Нобелевской премии по физике 1921 (« за объяснение фотоэлектрического эффекта »).

Квантовые идеи Эйнштейна. Дальнейшим подтверждением квантовой теории были работы А. Эйнштейна о фотоэффекте (1905 г ). Фотоэффект – испускание веществом быстрых электронов под воздействием излучения.

Схема опыта.

Эйнштейн развил идеи Планка о прерывистом испускании света. В экспериментальных законах фотоэффекта Эйнштейн увидел убедительное доказательство того, что свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями. Кинетическую энергию фотоэлектрона можно найти, применив закон сохранения энергии. Энергия порции света h идет на совершение работы выхода, т. е. работы, которую нужно сообщить для извлечения электрона из металла, и на сообщение электрону кинетической энергии.

Нильс Бор Нильс Бор ( ) датский физик, один из создателей современной физики. Основатель и руководитель Института теоретической физики в Копенгагене ( Институт Нильса Бора ); создатель мировой научной школы, иностранный член АН СССР (1929). В работал в США

Идеи Н. Бора В гг. Э. Резерфордом были проведены эксперименталь ­ ные исследования рассеяния α - частиц тонким слоем вещества. Результаты этого исследования позволили Резерфорду в 1911 г. сформулировать планетарную модель атома.

Но модель Резерфорда не объясняла многих выявленных к тому времени закономерностей из ­ лучения атомов, вид атомных спектров и др. Более совершенную квантовую модель атома предложил в 1913 г. молодой датский физик Н. Бор, работавший в лаборатории Резерфорда.

ПОСТУЛАТЫ БОРА : 1. Каждый электрон в атоме может совершать устойчивое орбитальное движение по определенной орбите, с определенным значением энергии, не испуская и не поглощая электромагнитного излучения. 2. Электрон способен переходить с одной стационарной орбиты на другую.

Эти постулаты Бор использовал для расчета простейшего атома ( водорода ), рассматривая первоначально наиболее простую его мо ­ дель : неподвижное ядро, вокруг которого по круговой орбите враща ­ ется электрон. Объяснение спектра водорода было большим успехом теории Бора.

Основные положения квантовой теории : - электрон имеет двойственную природу – обладает свойствами частицы и волны ; - как частица имеет массу и заряд, однако движение электрона – волновой процесс ( например дифракция электронов ).

Основные идеи квантовой теории : - атомы или молекулы испускают или поглощают электромагнитное излучение при изменении своего энергетического состояния ; - атомы или молекулы могут существовать только в определенных энергетических состояниях.; - энергетическое состояние атома или молекулы может быть описано при помощи определенного набора чисел, называемых квантовыми числами.

Заключение Квантовые частицы подчиняются определенным законам, являясь чем - то средним между обычными частицами и волнами. Для описания состояния электрона используется комплексная вероятность. Чем больше допустимая неопределенность импульса, тем точнее можно определить координату микрочастицы и наоборот. Квантовые частицы не всегда могут находиться в произвольном состоянии. Основное уравнение квантовой механики – уравнение Шредингера, математический аппарат – теория матриц, теория групп, операторы, теория вероятностей.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !