Kvantová fyzika - fotoelektrický jev, Comptonův jev, dualismus vlna-částice, heisenbergova relace neurčitosti, princip laseru

24. Teoretická otázka - Kvantová fyzika ľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľľ 1) ZÁKLADNÍ TEORIE- rozpracováno Einsteinem, Planckem- uvnitř atomu neplatí zákony klasické fyziky- atom vyzařuje energii pokud elektron přechází z vyšší hladiny do nižší

- energie není vyzařována spojitě × po kvantech

- kvantum zářivé energie - FOTON - částice bez klidové hmotnosti

- pohybuje se rychlostí c

- má energii:

- h - Planckova konstanta

2) FOTOELEKTRICKÝ JEV

- světelné záření dopadá na povrch katody Ţ vytrhává z kovu elektrony

- 1) fotoemise nastává: λ < λm (f > fm)

2) fotoproud je přímo úměrný intenzitě dopadajícího záření

3) rychlost vylétávajících elektronů závisí na materiálu, f dopadajícího záření × nezávisí na intenzitě dopadajícího záření

- Einsteinova rovnice fotoefektu:

- h⋅f - energie fotonu

- W - výstupní práce materiálu (nutná k uvolnění elektronu z kovu)

- [Wv] = J (častěji se používá jednotka eV - 1 eV = 1,602⋅10-19 J)

- 1/2⋅m⋅v2 - energie vylétávajícího elektronu

- fotoemise nastane, pokud h⋅f > Wv Ţ f > fm (mezní frekvence)

- vnitřní fotoefekt - dopadající fotony uvolňují v polovodiči elektrony Ţ vznik děr Ţ vodivost

- využití - fotodiody,...

3) COMPTONŮV JEV

- rozptyl RTG záření na uhlíku

- odražené záření mělo odlišnou vlnovou délku (λ' > λ)

- foton pokládáme za částici Ţ došlo k srážce Ţ foton předal část energie elektronu

- ze ZZ energie vyplývá: h⋅f = h⋅f' + Ee Ţ h⋅f > h⋅f' Ţ f > f' Ţ λ < λ'

4) DUALISMUS VLNA × ČÁSTICE

- dávný spor o podstatu vlnění - Newton (korpuskulární teorie) × Huygens (vlnová teorie)

- vlnový charakter - ohyb, interference

- částicový charakter - fotoefekt, Comptonův jev

- foton a další objekty mikrosvěta mají částicový i vlnový charakter × nejsou částice ani vlny

- 1924 - L. de Broglie - každá volná částice o určité hybnosti souvisí s určitou rovinnou vlnou

- p = m⋅v = E/c2⋅c (pro foton) = E/c = hf/c = h⋅(c/λ)/c = h/λ Ţ

- pro kinetickou energii libovolné částice platí: E = 1/2⋅m⋅v2 = 1/2⋅m⋅h2/(m2λ2) = h2/(2⋅m⋅λ2)

- Davisson + Germer - potvrzení vlnových vlastností elektronu (ohybovým obrazcem)

- Tunelový jev - důkaz vlnového charakteru částic

- částice pronikají potenciálovou bariérou bez dostatečné energie (pronikají jako vlny)

5) HEISENBERGOVA RELACE NEURČITOSTI

- nelze zcela přesně zjistit současně hybnost a polohu částice

6) KVANTOVÁNÍ FYZIKÁLNÍCH VELIČIN

- Max Born, Erwin Schrödinger - pokračují v rozvoji vlnové teorie

- snaha popsat stav elektronů v atomu jako vlnový děj Ţ kvantovým stavům atomů jsou přiřazeny stojaté vlny

- pohyb elektronu je vázán na úsečku délky L

- na potenciálových bariérách se vlna odráží Ţ vznik stojatého vlnění (potenciálová jáma)

- n - hlavní kvantové číslo (n = 1 - základní stav; n > 1 - excitovaný stav)