Кванты света - ?

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: hυ=A+mν²/2

Это уравнение является частным случаем законом сохранения и превращения энергии применительно и явлению фотоэффекта.

10. Физика атома и атомного ядра.

1) Строение атома. Планетарная модель атома (Резерфорда).

2) Модель Бора. Энергетические уровни.

3) Радиоактивность. Состав радиоактивного излучения.

4) Энергия связи атомных ядер. Период полураспада.

5) Состав атомного ядра. Нуклоны. Массовое и зарядовое числа. Изотопы.

6) Ядерные реакции распада и синтеза. Запись ядерных реакций.

1) А́том — наименьшая химически неделимая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Атом состоит из атомного ядра и электронов. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным.

В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а число нейтронов — изотопу этого элемента.

В 1911 году английский физик Резерфорд на основании многочисленных экспериментов пришёл к выводу: в центре атома находится положительно заряжено ядро, вокруг которого движутся электроны. Однако резерфордовская модель атома не укладывалась в рамки законов классической физики. В неё утверждалось, что атом оказывается неустойчивой системой, дающей сплошное излучение.

2) Бо́ровская моде́ль а́тома (Моде́ль Бо́ра) — полуклассическая модель атома, предложенная Нильсом Бором в 1913 г.

За основу он взял планетарную модель атома, выдвинутую Резерфордом. Однако, с точки зрения классической электродинамики, электрон в модели Резерфорда, двигаясь вокруг ядра, должен был бы излучать непрерывно, и очень быстро, потеряв энергию, упасть на ядро. Чтобы преодолеть эту проблему Бор ввел допущение, суть которого заключается в том, что электроны в атоме могут двигаться только по определенным (стационарным) орбитам, находясь на которых они не излучают, а излучение или поглощение происходит только в момент перехода с одной орбиты на другую.

Энергетический уровень — собственные значения энергии квантовых систем, то есть систем, состоящих из микрочастиц (электронов, протонов и других элементарных частиц) и подчиняющихся законам квантовой механики.

N – главное квантовое число, показывает количество энергетических уровней.

Выделяют 4 энергетических уровня:

1 уровень - 2e (меньше не может быть) – s (max 2)

2 уровень - 8e - s (max 2) +p (max 6)

3 уровень - 18e - s + p + d (max 10)

4 уровень - 32e - s + p + d + f (max 14)

3) Нестабильное ядро самопроизвольно превращается в другие ядра с испусканием частиц. Это свойство ядер называется радиоактивностью.

Выделяют природную (естественную) радиоактивность и искусственную радиоактивность. Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе. Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.

Состав радиоактивного излучения:

1. альфа-лучи – поток положительных α-частиц, один из видов радиоактивного излучения атомных ядер. Обладают высокой ионизирующей способностью, но небольшой проницаемостью.
2. бета-лучи – поток β-частиц (электронов или позитронов), испускаемых атомными ядрами при их β-распаде. Β-распад обусловлен слабым взаимодействием превращением нейтронов и протонов в атомных ядрах.
3. гамма-лучи (γ-излучение)– электромагнитное излучение с очень кокоткой длиной волны, возникающее при радиоактивных превращениях и ядерных реакциях, при торможении заряженных частиц, их распаде и аннигиляции.

4) Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными. Они представляют собой проявление самого интенсивного из всех известных в физике видов взаимодействия – так называемого сильного взаимодействия. Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электростатические силы.

Важной особенностью ядерных сил является их короткодействующий характер.ядерные силы не зависят от наличия или отсутствия у частиц электрического заряда.

Важнейшую роль в ядерной физике играет понятие энергии связи ядра.

Энергия связи ядра равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы. Из закона сохранения энергии следует, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.

Энергию связи любого ядра можно определить с помощью точного измерения его массы. В настоящее время физики научились измерять массы частиц – электронов, протонов, нейтронов, ядер и др. – с очень высокой точностью. Эти измерения показывают, что масса любого ядра M_я всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов:

Mя < Zmp + Nmn.

Важной характе­ристикой радиоактивного вещества является период полураспада — время, за которое распадается по­ловина количества исходного вещества. Необходимо подчеркнуть, что половина атомов радиоактивного вещества распадается за указанное время лишь в среднем. Фактически некоторые ато­мы не распадаются вовсе, в то время как другие распадаются в значительно более короткие проме­жутки времени.
Чем интенсивнее идет радиоактивный распад, тем короче период полураспада.

5) Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Протоном называется положительный заряд, по модулю равным заряду электрона. Нейтрон – электрически нейтральная частица.

Зарядовое число атомного ядра — количество протонов в атомном ядре. Зарядовое число равно порядковому номеру соответствующего ядру химического элемента в таблице Менделеева.

Зарядовое число обычно обозначается буквой Z.

Ма́ссовое число́ атомного ядра — суммарное количество протонов и нейтронов (называемых общим термином «нуклоны») в ядре. Обычно обозначается буквой A. Знание массового числа позволяет оценить массу ядра и атома.

6) Я́дерная реа́кция — процесс образования новых ядер или частиц при столкновениях ядер или частиц. Впервые ядерную реакцию наблюдал Резерфорд в 1919 году, бомбардируя α-частицами ядра атомов азота.

Крупное ядро может распасться на несколько мелких — такой процесс называется реакцией распада.

Ядерный распад сегодня служит одним из основных источников энергии для человечества — он используется на атомных электростанциях. И при реакции распада, и при реакции синтеза совокупная масса продуктов реакции меньше совокупной массы реагентов. Эта-то разница в массе и преобразуется в энергию по формуле E = mc².

Несколько более мелких ядер могут объединиться в одно более крупное — это так называемая реакция синтеза. Реакции ядерного синтеза во Вселенной распространены очень широко — достаточно упомянуть, что именно из них черпают энергию звезды.

Ядерные реакции записываются в виде специальных формул, в которых встречаются обозначения атомных ядер и элементарных частиц.

Первый способ написания формул ядерных реакций аналогичен записи формул реакций химических, то есть, слева записывается сумма исходных частиц, справа — сумма получившихся частиц (продуктов реакции), а между ними ставится стрелка.

Так, реакция радиационного захвата нейтрона ядром кадмия-113 записывается так: .

Второй способ записи, более удобный для ядерной физики, имеет вид A (a, bcd…) B, где А — ядро мишени, а — бомбардирующая частица (в том числе ядро), b, с, d, … — испускаемые частицы (в том числе ядра), В — остаточное ядро. В скобках записываются более лёгкие продукты реакции, вне — более тяжёлые. Так, вышеприведённая реакция захвата нейтрона может быть записана в таком виде: .