Элементы квантовой механики Кинематика примеры задач Молекулярные спектры Полупроводники Ядерная физика Лекции и задачи по физике Лабораторные работы Примеры расчета типовых задач Расчетно-графическая работа

Реакция деления ядра

К началу 40-х годов работами многих ученых—Э. Ферми (Италия), О. Гана (1879—1968), Ф. Штрассмана (1902—1980) (ФРГ), О. Фриша (1904—1979) (Великобритания), Л. Мейтнер (1878—1968) (Австрия), Г.Н. Флерова (р. 1913), К.Н. Петржака (Россия) — было доказано, что при облучении урана нейтронами образуются элементы из середины Периодической системы — лантан и барий. Этот результат положил начало ядерным реакциям совершенно нового типа — реакциям деления ядра, заключающимся в том, что тяжелое ядро под действием нейтронов, а как впоследствии оказалось и других частиц делится на несколько более легких ядер (осколков), чаще всего на два ядра, близких по массе.

 Рассмотрим примеры квантовых процессов.

Фотоэффект – это вырывание электронов из металла под действием электромагнитной волны. На квантовом языке происходит следующее: в начальном состоянии имеется электрон, связанный с проводником, и фотон с энергией . Чтобы вырвать электрон из металла и перевести его из связанного состояния в свободное, нужно произвести некоторую работу. Та наименьшая работа, которую нужно произвести, чтобы вырвать электрон из металла, называется работой выхода, обозначим ее через А. Значит, в начальном состоянии имеется электрон с энергией , знак « - » означает, что электрон находится в связанном состоянии в металле, и фотон с энергией . В результате взаимодействия фотон поглощается, а электрон переходит в свободное состояние с энергией . Кроме того, часть энергии превращается в тепловую энергию, т.к. вырванный электрон сталкивается с окружающими атомами и передаёт им часть энергии. Обозначая эту энергию через Епотерь (это энергия потерь), получаем закон сохранения:

 .

Если , то получаем электрон с максимальной скоростью, vmax:

=А+ . (13)

 Отсюда наименьшее значение частоты фотона, способного вырвать электрон, составляет:  (красная граница). Фотон вырывает электрон из металла, если его энергия достаточно велика, а именно: если она превышает . Уравнение (13) известно как уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Тормозное рентгеновское излучение

Поток электронов, испущенных катодом, падает на анод. Электрон, падая на анод, тормозится и испускает рентгеновские кванты. Если U – напряжение между катодом и анодом, то непосредственно перед столкновением энергия электрона равна . Если  – энергия электрона после столкновения,  - энергия испускаемого кванта, то получаем закон сохранения:

.

Но т.к. , то отсюда   /=max – это максимальная частота рентгеновских фотонов. Значит  - это наименьшая длина волны рентгеновских квантов. Получаем коротковолновую границу рентгеновского тормозного излучения: в тормозном излучении имеются лишь фотоны с длиной волны , . Как видим, рассматриваемое явление, как и фотоэффект, - чисто квантовое.

Комптон-эффект –

это рассеяние электромагнитной волны на свободных электронах. В результате рассеяния изменяется частота волны. Вычисления показывают, что разность частот падающей и рассеянной волн зависит от угла  между направлениями падающей волны и рассеянной: , где - некоторая функция. Приведем формулу для разности длин волн:

 (14)

Согласно  (14),

 .

Величина

 м (15)

называется комптоновской длиной волны электрона. Как видно из (14), Комптон-эффект - это тоже существенно квантовый эффект.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Законы и формулы к выполнению задач по теме №3

Закон Кулона:

,  (3.1)

где F – сила взаимодействия точечных зарядов Q1 и Q2; r – расстояние между зарядами;  – диэлектрическая проницаемость среды; ε0 – электрическая постоянная.

Напряженность электрического поля:

.  (3.2)

Потенциал электрического поля:

,  (3.3)

где П – потенциальная энергия точечного положительного заряда Q, находящегося в данной точке поля (при условии, что потенциальная энергия заряда, удаленного в бесконечность, равна нулю).

Напряженность и потенциал поля, создаваемого системой точечных зарядов (принцип суперпозиции электрических полей):

,  (3.4)

где , φi – напряженность и потенциал в данной точке поля, создаваемого i-м зарядом.

Напряженность и потенциал поля, создаваемого точечным зарядом:

, (3.5)

где r – расстояние от заряда Q до точки, в которой определяются напряженность и потенциал.

Напряженность и потенциал поля, создаваемого проводящей заряженной сферой радиуса R на расстоянии r от центра сферы (заряд сферы Q):

если r<R, то E=0; ; (3.6)

если r=R, то ; (3.7)

если r>R, то ; . (3.8)

Замедлить нейтроны можно пропуская их через какое-либо вещество, содержащее водород (например, парафин, вода). Проходя через такие вещества, быстрые нейтроны испытывают рассеяние на ядрах и замедляются до тех пор, пока их энергия не станет равной, например, энергии теплового движения атомов вещества замедлителя, т. е. равной приблизительно kT. Медленные нейтроны эффективны для возбуждения ядерных реакций, так как они относительно долго находятся вблизи атомного ядра. Благодаря этому вероятность захвата нейтрона ядром становится довольно большой. Однако энергия медленных нейтронов мала, потому они не могут вызывать, например, неупругое рассеяние


Работа асинхронной машины при вращающемся роторе