Лекция. Кіріспе Микрофизика дамуының кезеңдері Бөлшектер арасындағы өзара әсерлесу түрлері Атомдық жүйелердің түрлері және олардың құрамы
жүктеу/скачать 4,76 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 5-лекция . Микробөлшектің толқындық қасиеттерінің эксперименттік расталуы
- Девиссон және Джермер тәжірибелерінде
| Сұрақтар
Де Бройль гипотезасының мәнісі неде? Неліктен микробөлшек үшін траектория ұғымын қолдануға болмайды? Де Бройль толқын ұзындығының бөлшек массасына тәуелділігі қандай? Материяның толқындық табиғаты неліктен күнделікті тәжірибелерде білінбейді? Фотонның массасы электронның тыныштық массасына тең болуы үшін фотонның дебройльдық толқын ұзындығы қандай болуы керек? Бөлшектің жылдамдығы қандай болғанда оның дебройльдық және комптондық толқын ұзындықтары өзара тең болады? Бөлшектің жылдамдығы төмендегенде фазалық жылдамдық қалай өзгереді? Де Бройль толқынының фазалық және топтық жылдамдықтары үшін формулаларды пайдаланып, фотон үшін бұлар неге тең болатынын анықтаңыз. Алынған нәтижені түсіндіріңіз. Де Бройль толқындарынан құрастырылған толқындық пакет неліктен вакуумда жайылып кетеді? 5-лекция. Микробөлшектің толқындық қасиеттерінің эксперименттік расталуы Де Бройль гипотезасының эксперименттік расталуы: Девиссон және Джермер тәжірибелері Электрондардың поликристалдардан дифракциясы Молекулалық шоқтармен жүргізілген тәжірибелер Анықталмағандықтар қатынастары 1. Бөлшектердің толқындық табиғатын растаған алғашқы эксперименттік зерттеулерді америка физиктері К. Девиссон және Л. Джермер 1927 ж. орындады. Бұлардың тәжірибелерінің идеясы: егер электрондар шоғының толқындық қасиеттері болса онда бұлардың кристалдан шағылуы рентген сәулелерінікі сияқты интерференциялық сипатта болуы тиіс, яғни осы жағдайда рентген сәулелерінің кристалдан шағылуына ұқсас интерференциялық шағылу максимумдары байқалуы тиіс. Кристалдардың әр түрлі жазықтықтарынан, түскен сәуленің атомдардан дифракциялануы нәтижесінде, осы жазықтықтардан айналық шағылған сияқты болып, толқындар шығады. Осы толқындар интерферен-цияланғанда, егер Брегг-Вульф шарты , (1) орындалатын болса, онда бұлар бірін-бірі күшейтеді, мұндағы – сырғу бұрышы, d – кристалдық жазықтықтардың арақашықтығы (1-сурет); . 1.1. Девиссон және Джермер тәжірибелерінде (2-сурет) электрондардың никель монокристалынан дифракциясы зерттелді. Дифракциялық максимумдарды байқау үшін электрондарды үдеткіш кернеу және шағылған электрондарды тіркейтін D д етектордың орны өзгертілген. Сонда бұлардың тәжірибелерінде электрондардың ең үлкен шағылуы үдеткіш потенциалдар айырымы U=54В болғанда байқалған (3-сурет); бұл нм де Бройль толқын ұзындығына сәйкес келеді. Никельдің d=9,1510-10 м тор тұрақтысы үшін (1) Брегг-Вульф шартынан анықталған толқын ұзындығы λ=0,165 нм болған. Осы эксперименттік және есептелінген λ мәндерінің дәлдесуі бөлшектердің толқындық қасиеттері болатындығы жөніндегі де Бройль гипотезасының тамаша расталуын береді. Д евиссон және Джермердің басқа тәжірибелерінде сырғу бұрышын тұрақты (=const) етіп алып, U үдеткіш кернеудің әр түрлі мәндерінде шағылған электрондық шоқтың I интенсивтілігі өлшенген. Тәжірибе нәтижелері 4-суретте келтірілген. Экспериментте байқалатын шағылу максимумдары бір-бірінен мәндері бойынша бірдей қашықтықта орналасады, бұл теорияда да расталады. Шынында да болатындықтан, (1) Брегг-Вульф шартынан мынаны аламыз м ұндағы Um-т-і шағылу ретіне сай үдеткіш потенциалдар айырымы, me - электрон массасы. Сонымен, мен m арасындағы байланыс мына түрде болады =Cm, мұндағы (2) бұл мәндеріне байланысты шағылу максимумдарының бір-бірінен бірдей қашықтықтарда болатындығын көрсетеді. 1.2. Шапшаң электрондар шоғының өте жұқа поли-кристалдық пленкадан өткен кездегі дифракциясын ең алғаш 1928ж ағылшын физигі Дж. Томсон байқаған. Тәжірибе схемасы 5-суретте кескінделген. Шапшаң электрондардың жіңішке шоғы жұқа (1) поликристалдық пленканы (2) атқылайды. Дифракцияланған электрондар шоғы (3) фотопластинкаға (4) түседі. Сонда бұл пластинканың бетінде орталығында тұтасқан дағы бар бірнеше концентрлік шеңберлер түріндегі көрініс пайда болады. Осы электронограмма 5б-суретте көрсетілген. Электронограмманың сыртқы көрінісі ұнтақталған кристалдық заттан монохромат рентген сәулелері өткенде пайда болатын дифракциялық сақиналар кескініне ұқсас. Тәжірибе нәтижесін былай ұғынуға болады. Поликристалдық пленка тәртіпсіз бағдарланып орналасқан сансыз көп ұсақ кристалликтерден түзілген болады. Осындай жұқа пленкаға электрондардың біртекті параллель шоғы түскенде әлгідей ұсақ кристалликтердің кейбіреулері (1) Вульф-Брэггтер шарты орындалатындай болып орналасқан болулары сөзсіз. Тәжірибе жағдайында d және λ тұрақты, сондықтан бағдарлануы, яғни бұрышы (1) шартын қанағаттандыратын жазықтықтардан электрондар қарқынды түрде шағылады. Сонда бұрышының белгілі бір мәніне сәйкес бағыт бойынша шашыраған электрондар төбесіндегі бұрышы – 2-ға конус бетімен таралады: (1) теңдеуіндегі m-нің әрбір мәніне бір конус сәйкес келеді. Осы конустардың фотопластинкамен қиылысқан орындарында дифракциялық сақиналар (электронограмма) пайда болады. Бұл құбылыс электрондар шоғының толқындық қасиеті бар екендігін көрсетеді. Осы пікірді дәлелдеу үшін Дж.Томсон белгілі жылдамдықпен қозғалған электрондар толқынының ұзындығын де Бройль формуласы бойынша есептеп тауып, оның мәнін (1) Вульф-Брэггтер формуласына қойып, алынған заттың кристалдық торы тұрақтысын анықтаған. Шыққан нәтижелерді рентген сәулелерінің дифракция құбылысын пайдаланып табылған d мәнімен салыстырған. Сонда шыққан d мәндері біріне бірі дәл келген. Сөйтіп Дж.Томсон тәжірибелерінің нәтижелері электронның толқындық табиғаты жөніндегі де Бройль гипотезасының дұрыс екендігін көрсетеді. 1.3. Де Бройль жорамалына сәйкес кез-келген материялық бөлшектердің, соның ішінде атомдар мен молекулалардың толқындық қасиеттері болуға тиіс. Штерннің тәжірибелері (1929 ж.) де Бройль жорамалының нейтрал атомдар (He) мен молекулалар (Н2) үшін дұрыс екендігін көрсетті. Газ молекулалары Максвелл заңы бойынша үлестірілген жылулық жылдамдықтармен қозғалыста болады. Сонда молекула жылдамдығы деп бұлардың жылулық қозғалысының ең ықтимал жылдамдығы алынады; мұндағы k - Больцман тұрақтысы, Т - абсолют температура, М - атом не молекула массасы. Сонда молекула импульсы болады. Ал молекуланың де Бройль толқын ұзындығын бағалау үшін мынадай формула аламыз: . Осы өрнектегі универсал тұрақтыларды сандық мәндерімен алмастырамыз, сонда , нм. Мысалы, Н2 жағдайында M=2mp болады; mp - протон массасы. Егер Т =300 К болса, онда λ0,1нм. Осы мысалдан жеңіл атомдар немесе молекулалар үшін де Бройль толқын ұзындығы кристалдық тордың атомдық жазықтарының аралығымен шамалас екендігі көрінеді. Сондықтан тәжірибенің сәтті болатынына үміттенуге болады. Осылай болды да: тәжірибелерде атомдар мен молекулалардың толқындық қасиеттері байқалды. жүктеу/скачать 4,76 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|