3647619_fiz

Тепловое излучение и люминесценция
Тепловое
излучение: (ультрафиолетовое,
видимое,
инфракрасное).
Есть два вида излучения телами электромагнитных волн:
Тепловое  э/м излучение испускается нагретыми телами
или возникает за счёт внутренней энергии тела.
Люминесценция  излучение за счёт других видов
энергии
(хемлюминисценция,
электралюминисценция,
фотолюминесценция, катодолюминесценция).
Тепловое излучение имеет особенность  единственный
вид излучения, которое может находиться в равновесии с
излучающим телом, т.е. быть равновесным.
Eпоглощения=Eизлучения  правило Прево
Источником равновесного излучения может служить замкнутая
полость со стенками не проводящими тепла и поддерживаемая
при постоянной температуре.
Интегральная испускательная способность (аналитическая
светимость):
ИИС  поток энергии, испускаемый единичной площадкой во
всех направлениях в пределах R(T)
Тело, полностью поглощающее все падающие на него потоки
 Абсолютно Чёрное Тело (АЧТ) (a=1)
Существует максимально возможное количество энергии,
испускаемое при данной температуре. Источник  АЧТ.
АЧТ в природе не существует.
Устройством, моделирующим АЧТ, является вогнутая
полость с отверстием и непроницаемыми стенками с некоторой
постоянной температурой.
Излучение АЧТ  равновесное.
Закон Кирхгоффа
1859  связь между испускательной и поглощательной
способностью: отношение испускательной способности к
поглощательной одинаково для всех тел.
Если несколько тел обмениваются энергией с оболочкой за
счёт излучения и поглощения, то через некоторое время все
тела примут температуру оболочки.
Попытки найти аналитический вид f(w,T) или U(w,T) привели
к установлению рада законов теплового излучения:
Закон Стефана-Больцмана
На основе экспериментальных данных Стефан ошибочно
предположил, что R ~ T4 (в 1879).
В 1884 Больцман выяснил, что это справедливо только для
АЧТ.
Закон смещения Вина
На основе т/д соображений и э/м теории немецкий физик
Вин в 1893 году нашёл общий вид функции распределения
энергии по частотам в спектре излучения АЧТ
Как следует из приведённых выражений, при изменении
температуры вид f(w, T) и U(w, T) сохраняется в смещённой
шкале частот. Отсюда следует название закона.
Закон Рэлея-Джинса
Для получения явного вида F(w/T) необходимо обратиться к
конкретной модели излучения.
С точки зрения классической теории АЧТ можно представить
как совокупность осцилляторов, совокупная энергия которых ~
квадрату амплитуды колебаний и непрерывно меняется.
Рэлей и Джинс попытались установить аналитический вид
f(w,T), исходя из теоремы равномерном распределении
энергии по степеням свободы.
Они предположили, что на каждую стоячую волну в
среднем приходится энергия <e>=kT (по 1/2 на электрическую
и магнитную составляющие).
Вывод формулы Рэлея-Джинса безупречен с классической
позиции, но он удовлетворяет экспериментальным данным
только на малых частотах -> “Ультрафиолетовая катастрофа”
Формула планка
В 1900 году Планку удалось отыскать вид f(,T), который
удовлетворял опыту во всех диапазонах частот.
Была выдвинута гипотеза, что энергия испускается в виде
отдельных порций, величина которых ~ e=hw ;
Размерность h совпадает с “размерностью действия” (энергия
 время) => постоянная Планка называется квантом действия.
Из постулатов Планка следует, что если э/м излучение
испускается порциями hw, то его энергия кратна этой
величине.
e=nhw, n=0, 1, 2 ...
Математически это означает дискретность => нужно применять
суммирование, а не интегрирование.
Таким образом формула Планка описывает все свойства
равновесного теплового излучения.
ЯВЛЕНИЕ ИСПУСКАНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ МАТЕРИЕЙ
ПОД ДЕЙСТВИЕМ СВЕТА (ФОТОЭФФЕКТ)
1887  Герц, 1888  Столетов, 1898  Леонард Томсон
ЗАКОНЫ ФОТОЭФФЕКТА
1) При неизменном спектральном составе света сила тока
насыщения пропорциональна падающему световому потоку: Iн
~Ф
2) Начальная кинетическая энергия линейно растёт с
увеличением частоты и не зависит от интенсивности:
3) Существует минимальная частота, характерная для каждого
металла, начиная с которой фотоэффект не происходит.
wmin  красная граница фотоэффекта
Установленные экспериментально зависимости не могли
быть объяснены. Все особенности фотоэффекта объяснил в
1905м году Эйнштейн  “свет поглощается тоже квантами”.
Мы рассматриваем однофотонный фотоэффект при малых
световых потоках: квант поглощается одним электроном.
Мощные лазеры дают многофотонный фотоэффект.
Испускание этим электроном другого фотона под углом к
начальной траектории.
Фотон не может передать всю свою энергию электрону, иначе
нарушится ЭСИ и ЗСЭ
3)
ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА МИКРОЧАСТИЦ. ГИПОТЕЗА
ЛУИ ДЕ БРОЙЛЯ
1924  гипотеза Луи Де Бройля, согласно которой
корпускулярно-волновой дуализм присущ не только
излучению, но и веществу.
Соотношение, связывающее корпускулярные
характеристики с волновыми, были обобщены и перенесены на
частицы.
При дифракции электронных волн на кристаллах с d=1
ангстрем  наблюдаются волновые свойства электронов.
ДИФРАКЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ
ОПЫТ ДЭВИСОНА И ДЖЭММЕРА
1927  экспериментальное подтверждение гипотезы де
Бройля.
Пучок электронов падает на кристалл под углом
скольжения. Отражённые электроны улавливаются ловушкой,
соединённой с гальванометром.
Ловушка установлена под углом 900 к потоку в одной
плоскости. Измеряя силу тока при разных положениях, можно
было судить об интенсивности излучения в различных
направлениях.
В опыте показано: при определённом значении
ускоряющего напряжения (U) max интенсивность возникает
при определённом угле (и наоборот).
Это явление получило объяснение на основе дифракции
электронных волн, по аналогии с дифракцией рентгеновского
излучения.
ДИФРАКЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ НА ДВУХ ЩЕЛЯХ
Своеобразие свойств микрочастиц отчётливо проявляется
в следующем эксперименте.
I  открыта 1-я щель
II  открыта 2-я щель
III  открыты обе щели
Характер почернения в 3-м случае не соответствует сумме
почернений 1+2, а аналогичен дифракционной картине при
сложении двух когерентных волн => на движение каждого
электрона оказывают влияние обе щели, что не совместимо с
ЭФФЕКТ КОМПТОНА
представлением о траектории.
Т.о. всякий микрообъект сочетает в себе частицы и волны,
1923  рассеивающее вещество в рентгеновском излучении
но не ведёт себя ни как частица, ни как волна.
содержит кроме исходного излучение и с большей Л , 
Отличия микрочастицы от...
зависит только от угла между начальным пучком и
ВОЛНЫ: не бывает половины микрочастицы
направлением рассеивания и не зависит от типа вещества.
МАКРОЧАСТИЦЫ: не обладает одновременно определённым
Эффект Комптона объясняется как эффект упругого значением координат и импульса
рассеивания фотонов на практически свободных внешних
(валентных) электронах атомов рассеивания.
ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ
В этом процессе выполняются законы сохранения энергии и
РАЗЛИЧИЯ ОПИСАНИЯ МАКРО- И МИКРООБЪЕКТОВ
импульса.
В классической механике состояние макрообъекта
Полученная формула согласуется с экспериментом.
определяется
заданием
динамических
переменных:
Замечание: фотон не может передать часть энергии электрону в координаты, импульс, момент импульса, энергия.
поле ядра, т.к. это квант (неделимая порция энергии) =>
На основании начальных условий и уравнения движения
рассеивание следует рассматривать как цепочку событий.
можно определить координаты и скорость макрочастицы в
1) Поглощение фотона электроном, слабо связанным с
любой момент времени.
атомом.
В микромире понятие траектории утрачивает смысл.
2) Изменение состояния электрона (образование
Координаты и импульсы микрочастиц не могут быть
виртуального электрона).
одновременно определены => предсказать поведение квантов
системы точно нельзя  это и составляет суть принципа
неопределённости.
Описание микрообъектов  предмет квантовой механики.
Квантовая механика  статистическая теория.
С помощью её
законов можно предсказать лишь
вероятности.
Квантовая механика, как общая теория, включает
классическую механику как частный случай и не может быть
сформулирована без понятий классической механики.
Это связано с тем, что за поведением микрообъекта мы
следим приборами с макроскопическими показаниями, которые
должны трактовать в понятиях классической физики.
Т.к. эти понятия применимы к микрообъекту лишь в
ограниченной степени, существуют пределы применения
классических
понятий,
устанавливаемые
отношением
неопределённости.
СООТНОШЕНИЕ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ
ГЕЙЗЕНБЕРГА
Количественное ограничение на точность измерений
координат и скоростей микрообъектов было установлено
Гейзенбергом => нобелевская премия в 1932 году.
Утверждение, что произведение неопределённостей
значений двух переменных НЕ может быть по порядку
величины меньше h/2  соотношение неопределённости.
Аналогичное соотношение справедливо и для других пар,
называемых сопряжёнными.
Анализ соотношений неопределённости:
Чем меньше неопределённость одной переменной, тем больше
неопределённость другой.
Соотношение неопределённости можно вывести из
дифракции электронов на одной щели.
ПРИМЕНЕНИЕ СООТНОШЕНИЙ
НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ
Можно получить результат, не решая уравнения:
1) Оценка энергии нулевых колебаний гармонического
осциллятора
2) Соотношение неопределённости объясняет, почему
электрон водорода не падает на ядро + позволяет
определить размеры атома водорода и энергию его
основного состояния.
ВОЛНОВАЯ ФУНКЦИЯ, ЕЁ ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ
Способ описания квантовой системы должен учитывать её
волновые свойства => Шрёдингер, 1926  “состояние
квантовой системы в данный момент времени м/б описано
комплексной функцией координат”.
Ф=Ф(x, y, z)  волновая функция. Сама она не имеет
физического смысла, но такой смысл имеет квадрат её модуля,
который интерпретируется статистически как плотность
вероятности обнаружить частицу в точке с x, y, z.
В соответствии со своим физическим смыслом Ф-функция д/б:
непрерывной, конечной, однозначной, иметь непрерывные
конечные производные первого порядка по координатам,
удовлетворять условиям нормировки. Это  “стандартные
условия”, позволяющие получать сведения, не решая
уравнений.
ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ
Квантовая механика  теория вероятностная => надо
знать, что даёт суммирование волновых функций разных
состояний => фундаментальный постулат квантовой механики
 “принцип суперпозиции”, согласно которому: если в
состоянии, описываемом Ф1 некоторое измерение даёт
результат q1, а в Ф2 некоторое измерение даёт результат q2, то
всякая линейная комбинация вида: c1Ф1+c2Ф2, где c1, c2 
константы (м/б комплексными) описывает состояние, в
котором то же измерение даёт либо результат q1, либо
результат q2.
ОПЕРАТОРЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Чтобы использовать для описания квантовой системы
понятия классической механики (r, P, L, E), динамическим
переменным квантовой механики ставятся в соответствие
операторы  такие действия над волновой функцией, которые
позволяют найти средние значения этих переменных в данном
состоянии.
Операция измерения
 Физический объект
\/
\/
Операторы квантовой механики

Ф
Математически измерениям соответствуют операторы.
Элементарный магнетик  сам электрон. Так была n2  E=E2  Ф210, Ф200 ...
установлена спиновая природа ферромагнетизма. Спин не
имеет аналога в макромире. Спин  одновременно РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ ПО ЭЛЕКТРОННЫМ
УРОВНЯМ ПРИНЦИП ПАУЛИ
релятивистское и квантовое свойство.
Казалось бы, что в основном состоянии все электроны
должны иметь минимальную энергию, т.е. находиться в
состоянии 1s. Но согласно принципу Паули, в каждом
квантовом состоянии, определяемом совокупностью квантовых
чисел, может находиться не более одного электрона, т.е.
состояния электрона в атоме должны отличаться хотя бы одним
СЛОЖЕНИЕ ОРБИТАЛЬНЫХ И СПИНОВЫХ
МОМЕНТОВ
из чисел n, l, m, s;
Каждому механическому моменту импульса заряженной
В состоянии с заданным n может находится не более 2n2
частицы соответствуют магнитные моменты, которые
взаимодействуют между собой как круговые токи.
электронов, различающихся квантовыми числами l, m, s;
Это приводит к взаимодействию соответствующих
Состояния электронов с заданными n и l вырождены по
механических
импульсов

спин-орбитальному
квантовым числам m и ms. Кратность вырождения
взаимодействию.
Есть два способа взаимодействия:
энергетического уровня nl для электрона подоболочки равна
1. LS-связь:
реализуется,
если
спин-орбитальное
2(2l+1)  максимальное число электронов в подоболочке.
взаимодействие мало (в сильных магнитных полях).
При этом складываются порознь все векторы орбитальных
Обознач. обол n
к-во
l=0, s l=1, p l=2, d l=3, f l=4, g maxэлек
моментов системы и спиновых моментов.
Полный момент импульса системы определяется как
K
1 2
2
КВАНТОВАНИЕ МОМЕНТА ИМПУЛЬСА
векторная сумма результирующих орбитальных и спиновых
L
2 2
6
8
Важная задача  изучение движения частицы в поле моментов, а его величина
M
3 2
6
10
18
центральных сил.
2. j-j-связь: реализуется в слабых магнитных полях , если
N
4 2
6
10
14
32
В классической механике такое движение описывается с
спин-орбитальное взаимодействие велико. Складываются
O
5 2
6
10
14
18
50
векторы орбитальных и спиновых моментов в
помощью моментов импульсов, в квантовой механике  с
Электроны с разными m и ms, но равными E  эквивалентны.
результирующий момент импульса.
помощью оператора момента импульса.
а) Энергия квантуется, причём энергетические уровни
эквидистантны (расстояние между уровнями равно ).
б) Нулевые колебания также обладают энергией.
Математический аппарат квантовой механики позволяет
рассчитать вероятность перехода осциллятора из одного
состояния в другое. Возможны лишь переходы с дn=+-1;
Условия, накладываемые на изменения квантовых чисел
при переходе из одного состояния в другое, называются
“правилами отбора”. Полученные результаты согласовываются
с теорией Планка.
Обобщая рассмотренные случаи движения микрочастиц
(потенциальная яма и гармонический осциллятор), отметим,
что квантование энергии  общее свойство квантовых
объектов. В то же время структура энергетического спектра
зависит от формы потенциальной ямы. E ~ n2  бесконечная
яма; E ~ n;
Собственные функции гармонического осциллятора не
обращаются в ноль в точках, удовлетворяющих U(xn)=En =>
квантовая частица может находиться в тех точках
пространства, где её U(xn)>En ;
Это явление не имеет аналогии в классической теории и
называется ТУННЕЛЬНЫМ ЭФФЕКТОМ.
Динамические переменные в классической механике
имеют определённые значения, т.е. состояние системы задаётся
совокупностью чисел.
Динамическим переменным квантовой механики нельзя
приписать определённые значения. Но математический аппарат
квантовой механики позволяет:
1. Определить возможные значения измеряемой физической
величины, которая называется её собственной величиной.
2. Рассчитать
вероятности
получения
определённых
значений.
Особенность оператора  факт, что операторы момента
3. По известным вероятностям рассчитать среднее значение импульса не коммутируют.
величин в данном состоянии.
Это значит, что соответствующие проекции не могут быть
одновременно измерены: если одна проекция определена, то
УРАВНЕНИЕ ШРЁДИНГЕРА
две остальные  нет.
Основная задача квантовой механики  нахождение ФОднако, каждый из этих операторов коммутирует с
функции и изучение связанных с ней свойств микрочастиц. квадратом момента импульса.
Наличие у микрочастиц волновых свойств требует особого
Это означает, что момент импульса и одна из его проекций
подхода к изучению их движения. 1926  Шрёдингер описал могут одновременно иметь одинаковые значения.
движение микрочастиц с помощью волнового уравнения.
Уравнение Шрёдингера не выводится, а постулируется.
КВАНТОВАНИЕ ПРОЕКЦИЙ МОМЕНТОВ ИМПУЛЬСА
Шрёдингер обобщил догадку де Бройля на случай
Направление момента импульса остаётся неопределённым
движения частицы в силовом поле.
не совпадает с выбранным направлением.  является
Чтобы задать состояние микрочастицы, нужно задать его естественной единицей момента импульса и его проекции. m 
во всём пространстве.
магнитное квантовое число.
Ввиду изотропности пространства нет преимущественного
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЯМА
направления, пока оно не выделено физически (например 
Частица в одномерной потенциальной яме с абсолютно включением параллельно ему магнитного поля).
высокими и абсолютно непроницаемыми стенками.
Всего  (2l +1) значений.
Если собственное значение энергий, которое называется
энергетическим уровнем, отвечает нескольким Ф-функциям, то
такой уровень ВЫРОЖДЕННЫЙ. Число Ф  кратность
вырождения.
1. Из полученных соотношений следует, что энергия частицы
в связанном состоянии принимает ряд дискретных
значений (квантуется).
2. Полученные результаты согласуются с соотношением
неопределённости. Неопределённости координат
СПИН ЭЛЕКТРОНА
Квантование моментов импульса обнаружено в 1921 году. Идея
опыта  определение силы, действующей на атомы в
неоднородном магнитном поле.
Если бы Pm мог иметь произвольную ориентацию, то на
пластинке наблюдался бы непрерывный растянутый свет с
большей плотностью в центре.
У атомов, находящихся в S-состоянии (m=0) (атомы с
одним валентным электроном)  вместо одной полоски было
ГАРМОНИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛЯТОР
Пусть частица совершает равномерные движения в две.
Этот факт указывает, что в S-состоянии атом обладает
пространстве под действием квазиупругой силы: F=-kx;
имеет конечное непрерывное решение при следующих магнитным моментом, проекция которой на направление
магнитного поля обладает двумя значениями +-1/2
значениях E: n=0, 1, 2, 3 .... En=(n+1/2);
Голдсмит и Уленбек (1925): “Электрон обладает
Отличие данного выражения от выражений для энергии
собственным моментом импульса  спином”.
классического осциллятора:
А затем результирующий момент импульса частиц nlk , k  число эквивалентных электронов
складывается в результирующий момент импульса системы:
Для определения минимальной энергии атома в
приближении центрального поля необходимо и достаточно
СИМВОЛИЧЕСКИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
знать его электронную конфигурацию, которая задаётся
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ
значениями n и l всех электронов атома.
Учёт спина приводит к введению новых квантовых чисел J и mj.
Для лёгких атомов реализуется LS-связь => эти подуровни
характеризуются результирующими орбитами и спиновыми
Энергетическое состояние частицы определяется: n, l, j ;
Символически оно обозначается nlj, где l=0(s), 1(p), 2(d), 3(f), моментами.
Наименьшей энергией обладает терм с максимально
4(g), 5(h)
возможным S, а при данном S  с максимальным l.
2P1/2  главное число n=2, P-состояние=1, j=1/2;
Учёт магнитных эффектов приводит к расщеплению терма
Энергетические состояние системы зависит от взаимной
на ряд подуровней с LJ. Такое расщепление  тонкое
ориентации моментов импульсов отдельных частиц: L, S, J;
(мультиплетное).
Символическое обозначение энергетического состояния
LJ
; 2S+1 =   мультиплексность ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА МЕНДЕЛЕЕВА
Принцип Паули объясняет периодическую повторяемость
свойств атома.
Период Элемент K-об L-об L-об M-об Пот. Эл. Осн.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР И СОБСТВЕННЫЕ
ион. кон терм
ФУНКЦИИ ВОДОРОДОПОДОБНОГО АТОМА
1s
2s 2p
3s
^HФ=EФ;
1
1
13,6 1s 2S1/2
Как показывают расчёты, это уравнение имеет решение,
1H
удовлетворяющее стандартным условиям при:
1
2
24,6 1s2 1S0
2He
1. Любых E>0
2
2
1
5,4 1s22s 2S1/2
3Li
1
2. En=(-k2z2e4m/2h2)(1/n2), n=1, 2, 3, 4, ...  энергетический
2
2
2
9,3
S0
4Be
2
спектр
2
2
2
1
P1/2
5B
Решениями этого уравнения будут Ф-функции:
3
2
2
2
2
P0
6C
n=1, 2, 3  главное квантовое число
4
2
2
2
3
S3/2
7N
3
2
2
2
4
P2
8O
l=0, 1, 2, ... , n-1  азимутальное квантовое число
2
2
2
2
5
P1/2
9F
m=0, 1, 2 ... l  магнитное квантовое число
1
2
2
2
6
21,6
S0
10Ne
Кратность вырождения энергетического уровня (кроме
2
2
2
2
6
1
5,2
S1/2
11Na
невырожденного E1) равна: (2l+1)=n2 {0, n-1};
У следующих за Na элементов заполняются оболочки 3s и 3p.
|Ф|2(4s)>|Ф|2(3d)>|Ф|2(4p)
Полученное число нужно умножить на 2 => 2n2 ;
При n=1 атом находится в стационарном состоянии: E=E1, Ф100 1s2 2s22p5 3s23p6 4s23d104p6 5s24d105p6 6s24f145d106p6 7s25f14...
системы (“терма”):
терма.
2S+1
Сходство химических свойств элементов, относящихся к
одной
группе
периодической
системы
Менделеева,
объясняется повторяемостью электронных конфигураций во
внешних оболочек.
Внешние электронные конфигурации определяют не
только химические, но и магнитные свойства атомов.
В заполненном s-состоянии в соответствии с принципом
Паули спины имеют противоположные ориентации и поэтому
магнитные моменты спинов скомпенсированы.
В заполненных p, d, f состояниях полностью
скомпенсированы
и
орбитальные
моменты,
поэтому
результирующие магнитные моменты равны нулю  такие
вещества  диамагнетики.
Атомы
с
нескомпенсированными
орбитальными
моментами
обуславливают
парамагнетизм,
а
с
нескомпенсированными
спиновыми
моментами

ферромагнетизм (в некотором интервале температур).
Со структурой электронных оболочек связаны и другие
свойства элементов: плотность, температура плавления,
теплопроводность...
РЕНТГЕНОВСКИЕ СПЕКТРЫ. ЗАКОН МОЗЛИ
Оптические спектры излучения возникают при переходе
внешних валентных электронов из возбуждённого состояния в
основное.
Рентгеновские спектры  при переходе электронов
внутренних оболочек => они сходны для различных элементов.
Мозли установил в 1913 г. закон, связывающий частоты
линий рентгеновского спектра с атомным номером Z
испускающего их элемента.
С помощью закона Мозли(корень квадратный из частоты
является линейной функцией атомного номера Z) можно точно
определить Z, что помогает разместить элемент в системе
Менделеева.
ЛАЗЕРЫ
Эффект вынужденного излучения  физическая основа
создания лазера.
В состоянии термодинамического равновесия Nm<Nn
система будет ослаблять проходящее через неё излучение.
При Nm>Nn индуцированное излучение преобладает над
поглощением => термодинамически неравновесное состояние с
инверсной населённостью.
Процесс создания инверсной населённости  накачка.
Способы накачки:
1. Оптическая  с помощью ламп вспышки (рубиновые
лазеры).
2. С помощью возбуждения в газовой среде
электрического разряда.
Происходит усиление излучения, проходящего через
инверсную область, которое снимает инверсию, переводя
энергию излучения атомов в когерентное излучение.
Усиление волны  “отрицательное поглощение”.
Для создания генератора когерентных электромагнитных
волн не достаточно одного усилителя. Для формирования
высоких временной и пространственной когерентности
необходимо поместить активную среду в оптический
резонатор, представляющий собой два параллельных зеркала.
Сверхпроводимость открыта Киммерлинг-Оннесом в 1911
году, который наблюдал, что при Tk=4,2K электрическое
сопротивление ртути скачкообразно падало до нуля.
Сейчас известно ~ 1200 сверхпроводников.
Максимальную Tk=22,3K имеет сплав Na3Ge (1973 год).
БКШ-ТЕОРИЯ
Квантовая теория сверхпроводников создана в 1957 году
Бардиным, Купером, Шриффером.
Резкий переход в сверхпроводящее состояние указывает на
то, что все электроны проводимости одновременно во всём
объёме металла переходят в новое состояние => должна быть
корреляция состояний отдельных электронов. Физической
причиной такой корреляции может быть взаимодействие
электронов, но кулоновские силы приводят к отталкиванию. В
данном же случае имеет место притяжение. Качественно
механизм сверхпроводимости описывается через электроннофононное взаимодействие. Это означает следующее:
электроны, перемещаясь в решётке, деформируют её своим
полем, т.е. смещают ионы из положения равновесия. Обратный
переход ионов в исходное состояние сопровождается
излучением энергии  рождением фонона. Этот фонон
поглощается другими электронами. В результате обмена
фононами возникает связанное состояние электронов 
куперовская пара. Минимальной энергией такая пара обладает,
если импульсы взаимодействующих электронов равны по
модули и противоположны по направлению, а спины 
антипараллельны.
Пара имеет спин = 0, т.е. она представляет собой бозечастицу, которая не подчиняется принципу Паули. Они
накапливаются в состоянии с минимальным значением энергии
 бозе-конденсация.
Куперовские пары, придя в согласованное движение,
могут
находиться
в
нём
бесконечно
долго

сверхпроводимость.
Спектры щелочных металлов
Спектры испускания атомов щелочных металлов, подобно
спектру водорода, состоят из нескольких серий линий.
Наиболее интенсивные из них получили названия:
главная, резкая, диффузная и основная (или серия Бергмана).
Эти названия имеют следующее происхождение. Главная серия
названа так потому, что наблюдается и при поглощении.
Следовательно, она соответствует переходам атома в основное
состояние. Резкая и диффузная серии состоят соответственно
из резких и размытых (диффузных) линий. Серия Бергмана
была на звана основной (фундаментальной) за свое сходство с
сериями водорода.
S, Р, D, F являются первыми буквами английских названий
серий: sharp - резкий, principal - главный, diffuse - размытый,
fundamental — основной. Каждая из серий возникает за счет
переходов с уровней, принадлежащих соответствующему ряду.
После того как было выяснено, что различные ряды уровней
отличаются значением квантового числа L, обозначения S, P,
D, F (или s, p, d, f) были применены для обозначения состояний
с соответствующими значениями L (или l).
Спектральные серии натрия могут быть представлены в
следующем виде:
резкая серия:
w = 3P - nS (n = 4,5,...),
главная серия:
w = 3S - nP (n = 3,4,...),
СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
Сверхпроводимость  эффект скачкообразного падения диффузная серия: w = 3P - nD (n = 3,4,...),
основная серия:
w = 3D - nF (п = 4,5, .
сопротивления до нуля при T=Tk (критическая температура).
Еще в конце прошлого столетия Ридберг установил, что термы
щелочных металлов с большой степенью точности можно
представить с помощью эмпирической формулы T(n) = R / (n + Кирхгоф:
a)^2
 1859 - Тело, интенсивнее поглощающее излучение,
будет это излучение интенсивнее испускать =>
Флуоресце́нция — кратковременная (t~ 10-8—10-9 с)
отношение испускательной и поглощательной
люминесценция (свечение вещества, происходящее после
способности тел одинаково для всех тел в природе
поглощения
им
энергии
возбуждения).
Разделение
(в т.ч. для АЧТ)
люминесценции на флуоресценцию и фосфоресценцию Винн:
устарело,
приобрело
условный
смысл
качественной
 1911 - НП за тепловое излучение
характеристики длительности люминесценции. По механизму
 1893 - Закон смещения - общий вид функции
преобразования энергии возбуждения флуоресценция, как
распределения энергии по частотам в спектре
правило, является спонтанной люминесценцией, поэтому t
излучения АЧТ
определяется временем жизни на возбуждённом уровне.
Фосфоресценция — люминесценция(свечение вещества,
происходящее после поглощения им энергии возбуждения), Релей:
которая продолжается значительное время после прекращения

1900 – доклад (разбить СТО и кв. физ)
возбуждения (в отличие от флуоресценции).

1905 – Релей-Джинс: аналитический вид f(w,T),
исходя из теоремы равномерном распределении энергии по
Окна прозрачности
степеням свободы. Вывод безупречен с классической позиции,
Окна прозрачности - интервалы длин волн , в которых но он удовлетворяет экспериментальным данным только на
электромагнитное излучение не поглощается или поглощается малых частотах -> “Ультрафиолетовая катастрофа”
незначительно при прохождении сквозь земную атмосферу.

1904 – НП за открытие газа аргона
Окна прозрачности существуют в радио- и оптическом Планк:
диапазонах.
 1900 – гипотеза о квантовой природе э/м излучение
(порционно, поквантово, а не непрерывно). e=hw
Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).
 1918 – НП за вклад в развитие квантовой физики
ЭПР был открыт в 1944 русским физиком Е.К.Завойским.
(родоначальник он ёё)
Электроны в веществах ведут себя как микроскопические Фарадей:
магниты. В разных веществах они переориентируются по Родоначальник гальванопластики
разному, если поместить вещество в постоянное внешнее Герц:
магнитное поле и воздействовать на него радиочастотным
 1887 – обнаружил фотоэффект
полем. Возврат электронов к исходной ориентации
 1925 – НП за установление закономерностей в
сопровождается радиочастотным сигналом, который несет
столкновениях электронов с атомами.
информацию о свойствах электронов и их окружении. Такой
Столетов:
метод, представляющий собой один из видов спектроскопии,
 1888(9) – исследовал фотоэффект, выдвинул три
применяется при исследовании кристаллической структуры
тезиса:
элементов, химии живых клеток, химических связей в
o
При УФ – максимальный
веществах и т.д.
o
I растет при росте потока
o
Заряд отрицательный
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР).
Эйнштейн:
ЯМР был открыт в 1946 американскими физиками
 1905 – доказал фотоэффект. Для этого сделал
Э.Перселлом и Ф.Блохом. Работая независимо друг от друга,
допущение, что энергия излучения поглощается
они нашли способ резонансной «настройки» в магнитных полях
квантами (как и поглощается по Планку), но и
собственных вращений ядер некоторых атомов, например
передается таким же образом. Фотон – «световой
водорода и одного из изотопов углерода. Когда образец,
квант».
содержащий такие ядра, помещают в сильное магнитное поле,
 1921 – НП за док-во фотоэффекта
их ядерные моменты «выстраиваются» подобно железным
опилкам вблизи постоянного магнита. Эту общую ориентацию Комптон:
 1923 – обнаружил явление изменения длин волн э/м
можно нарушить радиочастотным сигналом. По выключении
излучения в рез-те рассеяния его электронами.
сигнала ядерные моменты возвращаются в исходное состояние,
 1927 – НП за этот эффект
причем быстрота такого восстановления зависит от их
энергетического состояния, типа окружающих ядер и ряда Резерфорд:
 Исследовал альфа-частицы (рассеяние там)
других факторов. Переход сопровождается испусканием
 Получил планетарную модель атома
радиочастотного сигнала. Сигнал подается на компьютер,
 1908 – НП по химии
который обрабатывает его. Таким путем (метод компьютерной
ЯМР-томографии) можно получить изображения. (При Бор:
 1913 – создал квантовую теорию атома: «Момент
изменении внешнего магнитного поля малыми ступенями
импульса квантуется!»
достигается эффект трехмерного изображения.) Метод ЯМР
 1922 – НП за это
обеспечивает высокую контрастность разных мягких тканей на
изображении, что крайне важно для выявления больных клеток Де Бройль:
на фоне здоровых.
 1924 – постулировал концепцию волновой природы
вещества
 1929 – НП за открытие волновой природы электронов
УЧЕНЫЕ
(корпускулярно-волновой дуализм)
Дэвиссон и Джермер:
 1927 – Опытным путем доказали теорию Де Бройля
Гейзенберг:
 1927 – сформулировал соотношение
неопределённостей, выражающее связь между
импульсом и координатой микрочастицы,
обусловленную её корпускулярно-волновой
природой. (окончательный перелом в классической
механике и рождение квантовой)
 1932 – НП за количественное объяснение спектра H
Шредингер:
 Разработал волновую теорию материи
 1933 – НП за это видимо