Andrzej Wojtowicz pokój 331 konsultacje wtorek 12.00 – 14.00 www.fizyka.umk.pl/~andywojt

(1)

Andrzej Wojtowicz pokój 331

konsultacje wtorek 12.00 – 14.00

www.fizyka.umk.pl/~andywojt

(2)

LITERATURA i materiały pomocnicze

 H.E. Enge, M.R. Wehr, J.A. Richards, Wstęp do fizyki atomowej,

PWN, Warszawa 1983

 H. Haken, H.C. Wolf,

Atomy i kwanty, PWN, Warszawa 2002

 Richard P. Feynman,

Feynmana wykłady z fizyki. T. III

 D. Halliday, R. Resnick, J. Walker Podstawy fizyki, t. 5, rozdz. 39, 40, 41

 Andrzej Wojtowicz:

www.fizyka.umk.pl/~andywojt

(3)

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ Richard P. Feynman,

Feynmana wykłady z fizyki T. I rozdz. 37 i 38

T. III rozdz. 3 i 7

(4)

PLAN WYKŁADU

 Atomowa struktura materii

 Elektryczność, a atomowa struktura materii

 Korpuskularny charakter promieniowania elektromagnetycznego

 Falowy charakter cząstek materialnych

 Proste modele atomu

 Atom wodoru w mechanice kwantowej

 Atom wodoru i jony wodoropodobne; atomy wieloelektronowe; układ okresowy; widma atomów

metali alkalicznych

 Momenty magnetyczne i poprawki energetyczne

(5)

PLAN WYKŁADU

 Struktura subtelna w atomie wodoru;

oddziaływanie spin – orbita, struktura nadsubtelna

 Funkcje falowe elektronu w atomie wodoru z uwzględnieniem spinu, składanie momentów pędu

 Zasada Pauliego; atom helu

 Rozszczepienie subtelne, oddziaływanie spin- orbita, sprzężenie L – S

 Sprzężenie j – j, reguły wyboru, zjawisko Zeemana. Promieniowanie X a energetyczna

struktura atomów

 Cząsteczki; wiązania chemiczne

(6)

Atomowa struktura materii

Elektryczność, a atomowa struktura materii

(7)

Atomowa struktura materii

Demokryt i Szkoła Epikurejska (atomy) atomos (niepodzielny)

Arystoteles i Stoicy (ciągłość przestrzeni i materii, cztery elementy: gorąco, zimno, suchość i wilgoć)

Rozwój alchemii i chemii (2 połowa XVIII wieku)

(8)

Atomowa struktura materii; wkład chemików:

Joseph Priestley:

podgrzewając HgO, tlenek rtęci, otrzymał tlen,

odkrył także amoniak, tlenek węgla, chlorowodór, kwas siarkowy, tlenek siarki, tlenek azotu, wodę sodową

Antoine Lavoisier; pierwiastki chemiczne „ostatnie stadium osiągalne przez analizę”,

zachowanie materii (tlen i wodór, woda)

DALTON PLAYHOUSE

http://web.visionlearning.com/dalton_playhouse/ad_loader.html

(9)

1799, J.L. Proust, prawo stałych stosunków:

„stosunek ciężarów pierwiastków w określonym związku chemicznym jest wielkością stałą, niezależną od warunków w jakich ten związek

otrzymano”

John Dalton, prawo stosunków wielokrotnych:

„jeśli dwa pierwiastki chemiczne A i B łączą się ze sobą na dwa lub więcej sposobów tworząc związki C

i D, to przy utrzymywanej stałej masie pierwiastka A, masy pierwiastka B w różnych związkach pozostają do siebie w stosunku prostych liczb

całkowitych”

(10)

Gay-Lussac:

„jeśli gaz A łączy się z gazem B tworząc gaz C, bez zmiany temperatury i ciśnienia, wówczas stosunki

objętości gazów A, B i C pozostają do siebie w stosunku prostych liczb całkowitych”

2 objętości wodoru + 1 objętość tlenu = 2 objętości pary wodnej

1 objętość azotu + 3 objętości wodoru = dwie

objętości amoniaku

(11)

Avogadro, 1811

(problem małych cząsteczek, kontrowersja pomiędzy Daltonem i Gay-Lussac’iem) Avogadro postulował istnienie atomów i

cząsteczek, stanowiących najmniejszą ilość danego ciała, występującą w przyrodzie, zaproponował

także prawo Avogadry:

„w tej samej temperaturze i pod tym samym

ciśnieniem jednakowe objętości wszystkich gazów zawierają tę samą liczbę cząsteczek”

Azot, tlen, wodór składają się z dwuatomowych

cząsteczek. Cząsteczka wody musi się składać z

(12)

Wczesne argumenty fizyczne:

Ruchy Browna, kinetyczna teoria gazów, prawa elektrolizy Faradaya

NOWOCZESNA FIZYKA ATOMOWA Dzięki rozwojowi nowych technik nie ma już

dyskusji o istnieniu atomów.

Poznajemy subtelne szczegóły budowy atomów i dziwne nieintuicyjne prawa rządzące ich

zachowaniem (mechanika kwantowa).

(13)

RURA WYŁADOWCZA

(jedno z ważniejszych osiągnięć technicznych XX wieku)

lampy oscyloskopowe

lampy elektronowe (termoemisja) kineskopy TV

monitory, itd.

świetlówki, “neony”

spektrografy masowe lampy rtg

fotokomórki i fotopowielacze

(efekt fotoelektryczny)

(14)

© Copyright for the Polish edition by Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1983

(15)

(16)

(17)

(18)

RUCH CZĄSTEK NAŁADOWANYCH W POLACH ELEKTRYCZNYM I

MAGNETYCZNYM ELEKTRONY i

SPEKTROSKOPIA MAS

Enge, Wehr i Richards, str. 40-47, 51-57

Haken, Wolf, str. 48-55

(19)

(20)

2 2

1

2 1

2 y

2

2 2 1 1

2 1

E

mv qELD mv

2 y qEL y

v D v

L m

t qE at

t v

y

v L m

2 qE 2

y at

y y

y







 

 



 

 

 



 











 

 



 







 

  

 qEL L D

y

(21)

(22)

2 2

2 4

3

2 1

2 y

4

2 2 3 1

4 3

B

mv

qvBLD mv

2 y qvBL y

v D v

L m

t qvB at

t v

y

v L m

2 qvB 2

y at

y y

y







 

 



 

 

 



 











 

 



 







 

  

 qBL L D

y

(23)



 

 

 D

2 L mv

y_E qEL₂ 



 

 

 D

2 L mv

y_B qBL

B E

y y

y  

filtr energetyczny filtr pędowy

Pole magnetyczne (albo elektryczne) dobieramy tak, by y = 0;

B v  E

Wartość q/m dla promieni katodowych jest dobrze określona (ostra wyraźna plamka)

Mamy wówczas:

(24)

Znając napięcie przyspieszające U mamy:

2 qU mv

 2

co daje:

U 2

v m

q 

²

i dalej:

U 2

1 B

E m

q

2



2

10 C 76

.

q

_e

1

₁₁





B U m q

E²  2 ₂ 

wykreślając w funkcji U przy stałym B (napięcie odchylające dobieramy tak, by pole E

równoważyło pole B dla danego v) z nachylenia prostej

czyli:

E

2