Бөлшектердің толқындық қасиеттері, де Бройль толқындары. Бор теориясының қайшылықтары. Физика, 11 сынып, презентация, 1 сабақ.

Бөлшектердің толқындық қасиеттері. Бор теориясы. Де Бройль толқындары.

Бор теориясы

Бор теориясында ядроның кулондық өрісінде электрондардың орбиталды қозғалысы туралы түсінік сақталады.

Резерфорд ұсынған атомның классикалық ядролық моделі Бор теориясында электронды орбиталарды кванттау идеясымен толықтырылды.

Сол себептен Бор теориясын жартылай классикалық деп атайды.

Луи-де-

Бройль

Луи де Бройль гипотезасы

Оптикалық құбылыстарда жарықтың толқындық (дифракция, интерференция) және корпускулалық (фотоэффект, комптон эффекті)табиғаты байқалады.

1924 жылы Луи де Бройль осындай қассиет оптикалық құбылыстарға ғана тән емес, әмбебап құбылыс деген болжам ұсынды.

Дене бөлшектері де осындай қасиеттерге ие.

Луи де Бройль гипотезасы

Де Бройльдің гипотезасы, тіпті ғылымдағы революциялық заман үшін де революциялық болды.

Алайда, көп ұзамай бұл гипотеза көптеген эксперименттермен расталды.

Бөлшектердің дифракциясы - микробөлшектердің (электрондар, нейтрондар, атомдар және т.б.) қатты заттар, сұйықтықтар мен газдардан өткенде шашырауы, бұл осы типтегі бөлшектердің бастапқы сәулесінен қосымша ауытқыған сәулелердің пайда болуы. Осындай ауытқыған сәулелердің бағыты мен қарқындылығы шашырау объектісінің құрылымына(кристалдық торына, молекулаларына) байланысты.

Луи де Бройль гипотезасы

Луи де Бройль гипотезасы

Бөлшектердің дифракциясын тек қана кванттық теория түсіндіре алады.

Дифракция – толқындық құбылыс: жарық дифракциясы, су бетіндегі толқындар дифракциясы, дыбыс толқындардың дифракциясы.

Классикалық физика тұрғысынан бөлшектердің дифракциясы мүмкін емес.

Кванттық механика толқын мен бөлшек арасындағы айырмашылықты жойды.

Гипотеза де Бройля

Так, поведение электронов в одних явлениях, например при наблюдении их движения в камере Вильсона или при измерении электрического заряда в фотоэффекте, может быть описано на основе представлений о частицах.

В других же, особенно в явлениях дифракции, – только на основе представления о волнах. Идея «волн материи», высказанная французским физиком Л. де Бройлем, получила блестящее подтверждение в опытах по дифракции частиц.

Электрон

Фотон

Де-Бройль толқынның ұзындығы

Біз қарастырған де Бройль толқындары электромагниттік емес, олар ерекше сипаттағы толқындар. 15 м / с жылдамдықпен қозғалатын массасы 0,20 кг шардың де Бройль толқынының ұзындығын есептейміз.

100 В потенциалдар айырымымен үдетілген электронның де-Бройль толқынының ұзындығын анықтайық. Электр өрісі жасаған жұмыс электронның кинетикалық энергиясын көбейту үшін жұмсалады

Де-Бройль толқынның ұзындығы

Де Бройльдің идеясы бойынша сутегі атомының стационарлық кванттық күйінде толқын ұзындықтарының бүтін саны орбита ұзындығына сәйкес келуі керек, яғни.

nλn = 2πrn.

Де Бройль толқынның ұзындығы λ = h/p,

бұл жерде p = meυ – электрон импульсы. Осыдан:

Кванттаудың ережесін түсіндіру

Толқын ұзындықтар саны n = 4 үшін де Бройль идеясының көрінісі.

Де Бройль гипотезасының эксперименталды дәлелденуі.

1927ж. американдық физиктер К.Дэвиссон мен Л.Гермердің эксперименті: электрондар шоғының никель кристалымен шашырауы шашыраған қысқатолқынды рентген сәулелерінің дифракциясына ұқсас дифракциялық заңдылық береді. Бұл тәжірибелерде кристалл табиғи дифракциялық тор рөлін атқарды.

1928 ж. ағылшын физигі Дж. П. Томсонның эксперименті: жұқа поликристалды алтын фольга арқылы электрондар шоғы өткенде дифракциялық шашырауының байқалуы.

Электрондар дифракциясы

Фабрикант, Биберман, Сушкиннің тәжірибелері

Дж.Томсонның тәжірибесі бірдей нәтижемен бірнеше рет қайталанды, соның ішінде электрондар ағыны әлсіз болған кезде, бір уақытта құрылғыдан бір ғана бөлшек өте алатын жағдайларда (В.А. Фабрикант, 1948).

Сонымен, толқындық қасиеттер тек электрондардың үлкен жиынтығына ғана емес, сонымен қатар әр электронға тән екендігі тәжірибе жүзінде дәлелденді.

Микроскопиялық денелердің толқындық қасиеттері

Кейіннен дифракциялық құбылыстар нейтрондар, протондар, атомдық және молекулалық сәулелер үшін де ашылды. Микробөлшектердің толқындық қасиеттерінің болуын эксперименттік дәлелдеу - бұл табиғаттың әмбебап құбылысы, заттың жалпы қасиеті деген қорытындыға келді. Демек, толқындық қасиеттер макроскопиялық денелерге де тән болуы керек. Алайда макроскопиялық денелердің үлкен массасына байланысты олардың толқындық қасиеттерін тәжірибе жүзінде анықтау мүмкін емес.

Мысалы, массасы 10^-9 г және 0,5 м/с жылдамдықпен қозғалатын шаңның дақтарына де-Бройль толқынының 10^-21 м ұзындығы сәйкес келеді, яғни атомдардың мөлшерінен шамамен 11 реттік кіші сәйкес келеді. Бұл толқын ұзындығы бақыланатын аймақтан тыс орналасқан.

Кванттық механика

Де Бройльдің гипотезасы зат қасиеттерінің симметриясына негізделген және сол кезде эксперименттік растауы болмаған. Бірақ бұл материалдық объектілер табиғаты туралы жаңа идеялардың дамуына қуатты революциялық түрткі болды. Бірнеше жыл ішінде ХХ ғасырдың бірқатар әйгілі физиктері - В.Гейзенберг, Э.Шредингер, П.Дирак, Н.Бор, М.Борн және басқалар кванттық механика деп аталатын жаңа ғылымның теориялық негіздерін жасады.

Нильс

Бор

Принцип дополнительности

Интерпретация квантовой механики

Н.Бордың принципі

Барлық микро объектілер толқындық және корпускулалық қасиеттерге ие, бірақ олар толқын да емес, классикалық мағынада бөлшек те емес. Микро объектілердің әр түрлі қасиеттері бір уақытта пайда болмайды, олар бірін-бірі толықтырады, тек олардың жиынтығы микро объектіні толығымен сипаттайды. Микро-объектілер толқындар сияқты таралады, ал бөлшектер сияқты энергия алмасады деп шартты түрде айта аламыз.

Вернер

Гейзенберг

В.Гейзенбергтің белгісіздіктер қатынасы

Негізінде микробөлшектерде нақты координаталық мән де, сәйкес импульстік проекция да болмайды.

Бұл материалдық микро объектілердің қос толқындық-корпускулалық сипатының көрінісі. Классикалық механика ұғымдарын микробөлшектерге қаншалықты қолдануға болатындығын бағалауға мүмкіндік береді.

Атап айтқанда, траекторияның классикалық тұжырымдамасы микро объектілерге қолданылмайтындығын көрсетеді, өйткені траектория бойымен қозғалу уақыттың кез-келген сәтінде координаттар мен жылдамдықтың белгілі бір мәндерімен сипатталады.

Эрвин

Шредингер

Екі жағдайда да сутегі атомын центрінде ядро ​​орналасқан сфералық симметриялы электрон бұлты ретінде көрсетуге болады.

1s күйіндегі электронды (сутек атомының негізгі күйін) ядродан әр түрлі қашықтықта анықтауға болады. Оны бірінші Бор орбитасының r1 радиусына тең қашықтықта табу ықтимал.

2s күйінде электронды ядродан максимал r = 4r1 қашықтықта анықтау ықтимал.

Екі жағдайда да сутегі атомын центрінде ядро ​​орналасқан сфералық симметриялы электрон бұлты ретінде көрсетуге болады.

Макс

Борн

Толқындар мен матрицалар механикасының сәйкестігін дәлелдеу

Пауль

Эренфест

Поль

Дирак

(Дирак теңдеуі)