30. Абсолют қара дененің сәулеленуі. Ультракүлгін апат
жүктеу/скачать 1,68 Mb.
|
|
30. Абсолют қара дененің сәулеленуі. Ультракүлгін апат. Абсолютті қара дене – оның бетіне түскен кез келген спектрлік құрамның барлық сәулелік энергиясын жұтуға қабілетті дене. Белгілі бір температураға T қыздырылған қара дененің сәулеленуіндегі энергияның спектрлік таралуы Планк формуласымен сипатталады, оны жиілікке немесе толқын ұзындығына байланысты беруге болады. Бұл ерекшеліктер қара дененің сәулеленуі немесе спектрлік жарықтығы деп аталады. Функциялар немесе үлгінің төменгі оң жақ терезесінде бөлектеледі. Виннің орын ауыстыру заңына сәйкес, қара дененің максималды сәулелену энергиясын есептейтін толқын ұзындығы λmax абсолютті температура T-ке кері пропорционал: Интегралды жарықтылық R (T) - функцияның графигінің астындағы аудан немесе - температураның төртінші дәрежесіне пропорционал (Стефан-Больцман заңы): Компьютерлік модель әртүрлі Т температурадағы қара дененің сәулеленуінің спектрлік құрамын зерттеуге арналған. Модельдің негізгі терезесінде спектрлік жарықтың немесе (салыстырмалы бірліктерде) графиктері сызылады. Жиіліктерден толқын ұзындығына және керісінше ауысу «жиілік» және «толқын ұзындығы» түймелерінің көмегімен жүзеге асырылады. Қара дененің температурасын 3500 К-ден 7000 К-ге дейінгі диапазондағы басқару құралын пайдаланып өзгертуге болады. Толық қара дененің жақсы жуықтауы - бұл біздің Күн. Дегенмен, күн спектрінде қара дененің сәулеленуіне тән емес, Күндегі ең көп таралған элементтер - сутегі мен гелийдің спектрлік сызықтарына сәйкес келетін бірнеше максимумдар бар. Салыстыру үшін күн радиациясының спектрлік таралуы көрсетілген (күлгін сызық). Температура өзгерген кезде график көтеріледі немесе төмендейді, оның түсін өзгертеді, бұл толқын ұзындығы λmax сәйкес келеді. Ультракүлгін апат классикалық физиканың парадоксы болып табылады, ол кез келген қыздырылған дененің жылулық сәулеленуінің жалпы қуаты Рэйлей-Джинс заңына сәйкес шексіз болуы керек. Парадокстың атауы толқын ұзындығының қысқаруына қарай сәулеленудің спектрлік энергия тығыздығы шексіз өсуіне байланысты болды. Шын мәнінде, бұл парадокс бір кездері классикалық физиканың ішкі сәйкессіздігін көрсетпесе, кез келген жағдайда қарапайым бақылаулар мен эксперименттермен өте өткір сәйкессіздікті көрсетті. Бұл тәжірибелік бақылаумен сәйкес келмейтіндіктен, 19 ғасырдың аяғында денелердің фотометриялық сипаттамаларын сипаттауда қиындықтар туындады. Мәселені Макс Планк 1900 жылы 14 желтоқсанда сәулеленудің кванттық теориясының көмегімен Планк гипотезасын енгізу арқылы мәжбүрлі түрде шешілді, ол жылулық сәулелену кезінде энергия үздіксіз емес шығарылады және жұтылады. бірақ бөлек кванттарда (порцияларда). Әрбір осындай порция-квант сәулелену жиілігіне νпропорционал энергияға ε ие болады: мұндағы пропорционалдық коэффициенті, кейінірек Планк тұрақтысы деп аталады. Осы гипотезаға сүйене отырып, ол дене температурасы мен осы дененің сәулеленуі арасындағы байланыстың теориялық туындысын - Планк формуласын ұсынды. Бұл гипотезаны қабылдау Планкқа экспериментпен толық сәйкес келетін жылулық сәулелену теориясын құруға мүмкіндік берді. Планктың гипотезасы кейін тәжірибе жүзінде расталды. Бұл гипотезаның ілгерілеуі кванттық механиканың туу сәті болып саналады. 31. Де Бройль толқын ұзындығы. Де Бройль толқындары кез келген қозғалатын материал бөлшектерімен байланысты толқындар. Кез келген қозғалатын бөлшек (мысалы, электрон) кеңістікте локализацияланған қозғалатын объект – корпускул ретінде ғана емес, сонымен қатар толқын ретінде де әрекет етеді және бұл толқынның ұзындығы λ = h/р формуласымен беріледі, мұндағы h = 6,6 10-34 Дж.сек – Планк тұрақтысы, ал p – бөлшектің импульсі. Бұл толқын де Бройль толқыны деп аталды (1923 жылы алғаш рет мұндай толқындар туралы гипотеза жасаған француз физигі Луи де Бройльдің құрметіне). Егер бөлшектің массасы m және жылдамдығы v << c (c – жарық жылдамдығы) болса, онда бөлшектің импульсі p = mv және де Бройль толқын ұзындығы λ = h/mv қатынасымен байланысты. Макроскопиялық объектілердің толқындық қасиеттері шағын толқын ұзындығына байланысты пайда болмайды. Сонымен, салмағы 200 г дене үшін 3 м/с жылдамдықпен қозғалатын толқын ұзындығы ≈10-31 см, бұл бақылау мүмкіндіктерінің шегінен әлдеқайда жоғары. Дегенмен, микробөлшектер үшін толқын ұзындығы бақылауға қол жетімді аймақта жатыр. Мысалы, 100 вольт потенциалдар айырымы арқылы үдетілген электрон үшін толқын ұзындығы ≈10-8 см, бұл атом өлшеміне сәйкес келеді. Кинетикалық энергиясы Е болатын массасы m бөлшектің де Бройль толқын ұзындығын есептеу үшін қатынасты қолданған ыңғайлы. Де Бройль толқындарының болуы бөлшектердің толқын сияқты әрекет ететін көптеген тәжірибелермен дәлелденді. Сонымен, дифракциялық тор рөлін атқаратын кристал атомдарының реттелген жүйесіне энергиясы 100 эВ электрон сәулесі шашыраған кезде айқын дифракциялық заңдылық байқалады. Де Бройль толқындарының болуы электронды микроскоптың жұмысының негізінде жатыр, оның рұқсат ету қабілеті кез келген оптикалық микроскопқа қарағанда әлдеқайда жоғары, бұл молекулалар мен атомдарды бақылауға мүмкіндік береді, сондай-ақ мұндай өте кішкентай объектілерді зерттеу әдістері атом ядролары мен элементар бөлшектерді жоғары энергиялық бөлшектермен бомбалау арқылы. Бөлшектік дифракция әдісі қазіргі кезде заттардың құрылымы мен қасиеттерін зерттеуде кеңінен қолданылады. 32. Холл эффектісі. Холл коэффициенті. Холл эффектісін тәжірибеде зерттеу металдардағы және жартылай өткізгіштердегі токтың пайда болуына әкелетін зарядтарының қозғалыстарын зерттеудің эффективті әдісі болып табылады. Холл эффектісі өткізгіштердің, ток тасымалдаушылардың концентрациясы және олардың таңбалары сияқты маңызды сипаттамалары туралы толық мәлімет береді. Хол эффектісі жартылайөткізгіштердің, олардың n- типке (электрондық) немесе р-типке (кемтіктік) жататындығын анықтауға мүмкіндік береді. Сонымен бірге, ток тасымалдаушылардың қозғалтқыштықтарының өткізгіштердің меншікті кедергілерімен бірөлшемді көлем ішіндегі ток тасымалдаушылардың санына тәуелділігін анықтайды. Холл эффектісін бақылау үшін зерттелетін жартылай өткізгіштен тікбұрышты паралелепипед түрінде үлгі жасап алынады да, оның ұзындығы бойынша i тогын жібереді(1-сурет). Паралелепипедтің жоғарғы және төменгі қырларын потенциалдар тосқауылдары бірдей болатын С және D нүктелерін тандап алады. Сонда бұл нүктелердің патенциалдары бір-біріне тең болады. Егер осындай жартылай өткізгішті магнит индукция векторы ток өтетін бағытына перпендикуляр болатындай етіп, біртекті магнит өрісіне орналастырсақ, онда С және D нүктелерінің арасында потенциалдар айырымы пайда болады. Осы құбылысты Холл эффектісі, ал пайда болған көлденең электр қозғаушы күшті Холл эффектісінің электр қозғаушы күші деп атайды Холл эффектісі қозғалған электр зарядына Лоренц күшінің әсер етуінің нәтижесінде пайда болады. (1) мұндағы е- ток тасымалдаушы заряд; -реттелген ток тасымалдаушы қозғалысының орташа жылдамдығы; –магнит өрісінің индукция векторы. Оң заряд қозғалған кездегі Лоренц күшінің бағыты сол қол ережесі бойынша анықталады. Егер жазылған сол қол алақанының саусақтары тоқ бағытын көрсететін болса, онда магнит индукция векторы алақанға перпендикуляр бағытта өтеді де, бас бармақ Лоренц күшінің бағытын көрсетеді. Лоренц күшінің әсерінен қозғалыстағы ток тасымалдаушылар осы күш бағытына қарай ығысып, үлгіде бір таңбалы зарядтардың бір жағында, ал екінші таңбалы зарядтар екінші жағына жинақталуына мүмкіндік туғызады. Қорытындысында өткізгіште кернеулігі тең көлденең электр өрісі пайда болады. Осы пайда болған өріс қозғалған зарядтарға күші арқылы әсер етеді. (2) Тепе –теңдік жағдайда (1),(2) күштер абсолютті шамалары бойынша бір –біріне тең, бағыттары бойынша бір-біріне қарама-қарсы болады (3) Онда (4) Көлденең потенциалдар айырымы (5) мұндағы h потенциалдары өлшенетін С және D нүктелерінің ара қашықтығы. Онда (6) Ом заңы бойынша: (7) табамыз. Мұндағы h-өткізгіш биіктігі, d-өткізгіш ені. (6) және (7) формулаларды ескеріп Холл потенциалын табамыз. Немесе осы өрнектегі шамасын деп белгілейміз. Бұл профессионалдық коэффициент өткізгіштің тұрақтысы болып табылады, оны Холл тұрақтысы деп атайды. Ол мынаған тең: (9) Мұндағы -Холл потенциал айырымы; жүктеу/скачать 1,68 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|