Бекітемін Ғылыми кеңес төрағасы, ректор, ҚР ҰҒА академигі



жүктеу 0.88 Mb.
Pdf просмотр
бет3/6
Дата19.05.2017
өлшемі0.88 Mb.
1   2   3   4   5   6

 

ДӘРІС №4 

Тақырып 1.5.Толқындық оптика (1/1/1сағ). 

Дәріс жоспары 

1.

 

Жарық дисперсиясы. 



2.

 

Поляризация жазықтығының айналуы. 



3.

 

Жарықтың жұтылуы. Вавилов-Черенков жарықтың сәулеленуі. 



Затгың    сыну    көрсеткіші    заттың    электр    өтімділігімен    мынадай 

байланыстары болады: 



n



 

Заттың   сыну көрсеткішінің жарық толқын ұзындығына X тэуелділігі 

жарық дисперсиясы деп аталады. 

)

(





f

n

 



 

Жарық толқындары ұзарғанда, яғни тербеліс жиілігі азайғанда сыну 

көрсеткішінің кемуі қалыпты дисперсия деп аталады. 

Ал жарық толқыны қысқарғанда, яғни тербеліс жиілігі артқанда сыну 

көрсеткіші анамаль дисперсия деп аталады. 


Заттың  сыну  көрсеткішінің  өзгеруін  толқын  ұзындығына  өзгеруі 

байланысы заттың дисперсиясы деп аталады. 

Анамаль  дисперсия  жарықтың  жұтылу  жолақтары  айқын  білінетін  газдар 

мен  буларда  өткенде  білінеді.  Анамаль  дисперсия 1901 ж.  американдық 

физик Вуд, орыс физигі Рождественский 1912 ж. зерттеді. 

Жарық сызықтардан түзілген спектр сызықтық деп аталады. 

Жеке  кескіндерінің  аралары  бірігіп,  жалпақ  түсті  жолақ  спектр  пайда 

болса, оны тұтас вектор деп атайды. 

Сызықтық  спекторды  дара  атомдар  береді.  Спекторлық  сызықтардық 

әрқайсысы  белгілі  бір  толқын  ұзындығына  сәйкес  келеді.  Сызықтық 

спекторды инартті метал булары береді. 

 Вавилов-Черенков жарықтың сәулеленуі. 

Совет  физигі 1931 жылы  академик  Вавилов  басшылығымен  жүргізілген 

эксперементтерде  жүргізілген  жарықтың  фазалық  жылдамдығынан  үлкен 

тұрақты  жылдамдықпен  қозғалған  жағдайда  жарық  толқындық  болатанын 

анықгады.  Черенков  радийден  шыққаг  гамма  сэулелер  өткенде  ерітінділердің 

жарық  шығаруын  зерттей  отырып  гамма  сэулелер  өткенде  еріткіштердің 

өздері  де  элсіздеу  жарық  шығаратынын  байқады.  Бұл  жарықты  гамма 

сэулелер  эсерінен  сұйықтың  атомдарынан  бөлініп  шыққан  шапшаң  электр 

шығаратындығын дәлелдеді. Б^л жарық алға қарай 1 бағытпен таралады. 

Совет  физигі  Франк,  Талм 1937 ж.  бұл  құбылысты  теория  түрінде  толық 

түсіндірді.  Электрон  көрсетілген  бағытта  и  жылдамдықпен  қозгалып  бара 

жатсын. 


Электрон 

өріс 


эсерінен 

жолдардың 

молекулалары 

поляризациялынады жэне жарық толқын шығарады. 

 

Толқындық  бейне  конус  тэрізді  болып,  оның  төбесінде  электрон  тұрған 



болады. 

Сфералық  толқындардың  таралу  бағытымен  электрон  қозғалысы 

багытының арасында Ө бұрышы пайда болады. 

vn

c

v

n

e



cos


 

п ортаның сыну көрсеткіші 



с вакуумдагы жарық жылдамдығы 

Жарық  толқындарының  энергиясы  сол  затқа  енуіне  байланысты  кемуін 

жарықтың жұтылуын айтамыз. 

Егер  біртекті  заттың  бетіне  түскен  монохромад  жарық  шоғырының 

интенсивтілігі  Іо  болса,  оның  сол  заттан  өткеннен  кейінгі  интенсивтілігі I 

мына теңцеу арқылы анықталады. 



І=I

п

 

l

Бугер-Лангер заңы е=2.71 





 - жұтылу коэффициенті , l - заттың қалыңцығы 

 

 



 

 

Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары. 



1.

 

Поляризацияланған  жарықты  талдау.  Жартылай  және  тортен  бір 



толқын пластикасы. 

2.

 



Дисперсияның электрондық теориясы. 

3.

 



Дисперсиялық призма. 

 

 

Бөлім 2 Кванттық физика. 

 

Дәріс №5 

 

Тақырып 2.1 Жылулық сәуле шығару  (1/1/1 сағ). 

Дәріс жоспары 

1. Абсолют қара дененің сәле шығару мәселелері. 

2. Квант гипотезасы және Планк формуласы. 

3. Жылулық сәуле шығару заңдары. 

       4. Фотоэффект.  

5. Комптон эффектісі. 

6. Атомның сызықтық спектрі 

7. Бор постулаттары. Сәйкестік ұстаным. 

 

Дененің энергетикалық жарықтануы 



жарқырау беттің бір 

өлшемнен шығатын сәуле ағынымен өлшенеді. 



t

r

Сәулелену тығыздығы: 



r

dE

S t d

T

изл



 

 



Сәуле  шығарғыштықтың  қабілетін    энергетикалық  жарықталынумен 

байланысы; 

R

r d

T





0



  Дененің жұтылу қасиетінің коэффициенті. 





E



E

погл

пад

 

 



Дененің шағылу қасиетінің коэффициенті. 

 







E



E

отр

пад

 

 



Дененің өткізу қасиетінің коэффициенті:. 



ад

п

 

рох

п

 

E

E



. 



 

Абсолют  қара  дененің  спектрлік  сэуле  шығарғыштық  қабілеті  ол  сэуленің 

толқын ұзындығы л мен температурасына тэуелді болады. 

 


4

0

,



T

d

T

f

R

Э





 



 

Неміс  ғалымы  Кирхгоф 1859 ж.  термодинамика  зандарына  сүйеніп  дененің 

сэуле  шығарғыштық  қабілетін  гл  сэуле  шығарғыштық  қабілетіне  бл  қатынасы 

дененің  табиғатына  қатысты  болмай  барлық  денелерге  бірдей,  сәуле  ұзындығы  л 

мен температурасына тэуелді, универсал функция болады деп қорытынды жасады. 

 


r

r

r

r

f

T

c

r

T

T

T

T

T

T

T

T

n











,

,



,

,

,



,

,

,



...

,





 




 





 







 

1



2

3

8



   

 

 



табиғатта толқын ұзындығына байланыссыз барлық сэулелерді жұтатын абсолют 

қара  дене  кездеспейді,  сондықтан  практикада  дененің  сәуле  жұтқыштық  қабілеті 

дэл 1-ге тең болмайды (0< б <1) 

Стефан -Больцман және Вин заңдары. 

Белгілі  бір  температурада  абсолют  қара  денені эртүрлі толқын  ұзындығына 

сэйкес салыстырса сэуле жұтқыштық қабілетін эксперименттік қисықтардан байқауға 

болады. 


 

Т  температура  артқан  сайын  әрбір  қисықгың  тах  қысқа  толқындар 

алқабына қарай ығысады. Абсолют қара дененің толық жарқырауы: 

 


4

0

,



T

d

T

f

R

Э





 



1847  ж.  неміс  физигі  Вин (1864-1928 жж)  термодинамика  және 

электродинамика  заңцарына  сүйене  отырып  жоғарыда  айтылған  функциясын 

мах мэніне сәйкес келетін толқын ұзындығының температураға тэуелділік заңын 

ашты. Абсолют қара дененің спектрлік сэуле шығарғыштық қабілетінің тах мэніне 

сэйкес  келетін  толқын  ұзындығы  оның  абсолют  температурасына  кері 

пропорционал: 

max




b

T

 

 

Вин  заңының  негізінде  сэуле  шығаратын  денелердің  өте  жоғары 



температураларын  өлшеу  эдісі  табылады,  ол  үшін  арнайы  приборлар  арқылы  тах 

энергияға  сэйкес  холқын  ұзындығын  біле  отырып  арқылы  температурасын 

анықтайды. Күн сәулесінің .тах энергияға сәйкес толқын ұзындығы 

5

1



max

T

C

R



 

Жарықтың кванттық теоремасы. 

М.  Планк (1858ж-1947ж) 1900 ж.  жарық  үздік-үздік  белгілі  бір  мөлшерде 

энергия потенциалдары немесе энергия кванттары түрінде шығарады деп жорып, 

энергия кванты тербеліс жиілігіне пропорционал. 

E=hv=hc/

 



Сэулелену  пропорционал  түрінде  шығатын  болғандықтан  энергия 

осцеляторы тек арнаулы дискретті мәндерді ғана қабылдайды. Планк ұсынған 

болжамды  жылулық  сэулеленудің  планктік  теоремасының  негізі  ретінде  қарап ' 

және  статистикалық  физика  зақдарын  пайдалана  отырып  абсолют  қара  дененің 

температураға тэуелділігін дұрыс көрсетіп формула қорытып шығарды. 

 

u

hc

e

T

hc

kT



,





2

1

1



2

2

рКХ 

К - Больцман тұрақгысы 

С - вакуумдағы жарық жылдамдығы 

Планк  формуласы  арқылы  алдындағы  графикте  көрсетілген  қисықтарын 

толық түсіндіруге болады және ол эксперименттер нэтижесімен сэйкес келеді. 

Сол сияқты Вин, Стефан-Больцман заңцарымен сэйкес келеді. 

 

Фотоэффект 

 

Сыртқы  фотоэффект  дегеніміз  жарықтардың  әсерінен  заттың 



бетіне элетрондардың бөлініп шығу құбылысы. 

 Фотоэффект заңдары. 

1 заңы. Қанығу тоғының күші (фотоэлектондардың саны) бетіне түскен 

жарық сәулесінің интенсивтілігіне (жұтылған жарық энергиясына) 

пропорционал. 


2  заңы.  Фотоэлектрондардың  бастапқы 

  максимал  жылдамдығы 

жарықтың  интенсивтілігіне  тәуелді  емес,  жарықтың  тербеліс  жиілігіне  және 

металл бетінің қасиетіне тәуелді.

 

 

 



 

 

 



3 заңы. Әрбір заттың өзінің фотоэффектісінің қызыл шекарасы бар  

 

Энштейн  теңдеуі.  Әрбіпбір  электрон  бір  ғана  фотонның  энергиясын 

жұтады.  Осы  энергияның  бір  бөлігі  металдан  электрондарды  бөліп  шығару 

жұмысына, қалған бөлігі электронның кинетикалық энериясына айналады. 

2

2

max





m



A

h

вых



 

Комптои эффектісі. 

Рентген  сэулесі  шашыраған  кезде  олрдың  толқындар  ұзындығының 

өзгеруі  Комптон  құбылысы  немесе  Комптон  эффектісі  д.а.  Мысалы, 

атомдарының  массапары  аздау  элемент  (Ьі,  Ве,  С)  сол  сияқты  жеңіл 

элементтерден  құралған  заттардан  шашыраған  қаталдау  рентген  сэулелерінің 

құрамында  толқынның  ұзындығы  бастапқы  түскен  сэулелерді  жэне  толқын 

ұзындықтары  одан  гөрі  ұзынырақ  сәулелерінің  болатындығы  анықталды. 

Классикалық  теория  бойынша  түскен  сәулелердің  және  шашыраған  толқын 

ұзындықтары  бірдей  болуға  тиісті.  Кванттық  теория  тұрғысынан  рентген 

сэулелері  фотондардың  ағыны  болып  табылады.  эрбір  фотонның  белгілі  бір 

энергиясы  мен  импульсі  бар.  Фотонның  заттың  электрондармен  соқтығысу 

ретінде  фотонның  энергиясы  мен  импульсі  азайып  электронға  ауысады. 

Рентген  сэуленің  энергиясы 17,5 кэВ.  Электрондардың  атомдармен 

байланысын бұза алады. 

Энергиясы  Һ

 



фотон  тыныштықтағы  массасы  т

0

  электронмен 



соқтығысады  фотон  энергиясының  кемуі  шашыраған  сэуленің  толқын 

ұзындығының өсетіндігін көрсетеді. 

 

 

 



 

 

 



2

sin


2

2

0









 


Бор бойынша сутегі атомының теориясы. 

Бор бойынша сутегі атомының теориясы 1913 жылы Нильс Бор шығарған. 

Бордың келесі постулаттары бар: 

Бордың 1-ші постулаты: атомның энергия мәндері сәйкес келетін 

Е

1,



Е

2,

Е



3..... 

стационарлық күй деңгейлерін ұзақ уақытқа сақтайды. 

Стационарлық күйдегі атом энергия жұтпайды және шашыртпайды. 

m

r

n

n

h

n

n

    



v

2



 

Бордың 1-ші постулаты:    атом энергиясы қандайда бір стационарлық 

При переходе атома из состояния с энергией E

n

 в состояние с энергией  E



m

 (E



n

 

E



m

) излучается один фотон (квант), энергия которого равна: 



h

nm



 = E

n

 – E

 

 



Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары. 

1.

 



Рэлей-Джинс заңы. Ультрофиолттік апат.  

2.

 



Оптикалық  пирометрия.  Радиациалық,  ашық  және  түстік 

температура. 

3.

 

Атом құрылысы туралы көз-қарастың дамуы. 



    4. Сутекті тәріздес атомдар. 

 

 



Дәріс№6 

 

Тақырып 2.3. Корпускулді-толқындық қосарлану (1/-/-сағ). 

1.Анықталмаушылықтардың қатынасы.  

2.Микробөлшектердің толқындық қасиеттері және 

.анықталмаушылықтардың қатынасы    .  

3 Толқындық функцияның статикалық мағанасы.   

   Микробөлшектердің бір мезгілде координаты мен импульсін дәл өлшеу 

мүмкіншілігі жоқ. Толқындық механикада мынадай принцип бар: электронның 

немесе кез-келген ұсақ бөлшектердің орнын және импульсін бір мезгілде дэл 

өлшеуге мүмкін емес.Сондықтан  Гейзенбергтің анықталмаушылық қатынасы: 







x



p

  

 бұдан 



m

x





  

Ал  импульстің  мэні  дэл  өлшенсе,  онда  координаттың  бір  мэні  болмайды. 



Себебі  Ах—»оо.  Сөйтіп  ғылыми  материалистік  тұрғыдан  қарағанда 

траекторияның,  координаттың,  жылдамдықтың  белгілі  бір  шектері  бар 

болғандықтан  олар  материяның  ерекше  қасиеттерін  сипаттай  алмайды. 

Гейзенбергтің анықгамаушылық теңсіздіктеріндегі Планк тұрақтысы һ өте аз шама 



болғаңдықтан  координаттар  мен  анықталмаушылығы  тек  элементар  бөлшектерде 

ғана анық білінеді де, ірі бөлшектерде байқалмайды.  

Энергияның анықталмаушылық қатынасы: 

                                                    

                               

     







t



Е

 

   Көптеген тэжірибелердің нәтижелері XX ғасырдың бас кезінде жаңа 

теорияның, яғни кванттық механиканың дамуына экеліп соқты. Бұл теорияда ұсақ 

бөлшектердің қозғалу зандары мен өзара эсерлесуі олардың толқындық қасиетіне 

байланысты болатындығы анықталады. Оның негізгі 1900 ж. ащылған Планктың 

кванттық болжамы болып есептелінеді. Австрия физигі Шрейденгер (1887-1961 

жж) көптеген еңбектері кванттық механика теориясын дамытты. Егер де бір 

атом ішіндегі бөлшектердің қозғалысын зерттесек, онда осы қозғалысқа 

байланысты. Толқындық қозғалысты қарастыруымыз керек. Ол қозғалыс 

толқындық функциясымен, яғни у функциясымен сипатталады. Ықтималдық 

шамасы: 

dw = Ψ


 2 

dV 


 

 

(20.1) 


| Ψ

 2

 |  ықгималдықтың тығыздығын сипаттайды. 



Сонымен кеңістіктің белгілі бір нүктесіндегі бөлшектің шын мэніндегі болуы 

толқындық функцияның нормалану шартына сэйкес 1-ге тең болады 

 

                                





,



1

2

dV



 

 



 

Кванттық механиканың негізгі теқдеуі болып толқындық функцияға арналған 

Шрейденгердің 1926 ж. ашқан ұсақ бөлшектер күйін сипатгайтын теңдеуі жатады. 

Бұл теңдеу бұрыннан белгілі қатынастардан қорытылып шығарылмай, тек көптеген 

тәжірибелердің нэтижелерінен табылады. 

 

Студенттердің  дербес  жұмысының  бақылау  тапсырмалары. (тақырып 2.3

[1,2,3,4,5] 

1. Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов. 

2. Джермера и Дэвиссона әдісі. 

 

Дәріс №7 

Тақырып 2.4 Шредингердің стационарлық және уақыт бойынша күй 

теңдеуі  (1/1/- сағ).  

Дәріс жоспары 

1. Шредингер теңдеуі 

2.Потенциалдық шұңқырдағы бөлшектің күйі.     



 

Элементар бөлшек бір өлшемді шексіз терең шұңқырдың ішінде 

қозғалыста болсын. Қозғалысы X координата бойымен бағытталсын, сонда 

бөлшектің қозғалысы қабырғалары х=0 жэне х=ё шектелген тік бұрышты 

потенциалдық шұңқырдың ішінде бағытына сәйкес, оның потенциалдық энергия 

шұңқырдың шіінде и=0, ал координаталары х<0 және х>с! болатын сыртқы 

жақтарындағы потенциалдық энергия мәні оо өседі. Бөлшек X осі бағытымен 

қозғалыста болғандықтан, ү функциясы осы бір координатта тэуелді бағытына 

сәйкес: 

 

 



   Потенциолдық шұңқырдағы микробөлшектің энергиясы кванталады, ал 

оның энергиялық спектры үзікті.микробөлшектің  энергиясы нөлге тең 

емес,оның ең аз мөлшер імынаған тең :     

2

2



0

8ma



h

Е



 

 

Туннелдік эффект. Туннелдік эффектінің мәні бөлшектің 

потенциолдық бөгет арқылы өту мүмкіндігі болып 

табылабы.                

Туннелдік эффектіні сипаттау үшін 



потенциалдық барьердің мөлдірлік коэффициенті 

деген ұғым енгізілген:     

пад

прох

I

I

D

 



Тікбұрышты потенциалдық бөгеттің биіктігі  U

  



және ені L болса бөгеттің мөлдірлігі мына 

формуламен анықталады: 

 

D

0



 —бірге жуық    тұрақты коэффициент  

   


Студенттердің  дербес  жұмысының  бақылау  тапсырмалары  (тақырып2) 

[1,2,3,4,6] 

1 Шредингердің стационарлық теңдеуі қандай?  

2.Еркін бөлшектердің қозғалысы. 



 

  Дәріс №8 

 Тақырып  2.5. Сутегі атомы мен молекуласы үшін Шредингер теңдеуі 

(1/-/- сағ). 

Дәріс жоспары 

1.Сутегі атомы үшін Шредингер теңдеуі. 

2.Сутегі тәріздес атомдар. 

3.Кеңістіктік квантталу.   

4.Кванттық сан. 

5 Паули ұстанымы. 

   Шредингердің  стационарлық  теңдеуін қанағаттандыратын электронның 

толқындық функциясы: 

0

8



2

2

2



2

2

2

















r



Ze

E

h

m

t

 



мұндағы m —электронның массасы; Е —электронның толық энергиясы. 

 

  Толқындық функцияның энергиясының үзік мәндері: 



,...)

3

,



2

,

1



(

8

1



2

0

2



4

2

2







n

h

me

Z

n

E



 Энергияның  ең  төменгі  деңгейі(п = 1) негізгі  деп,  ал  қалған  деңгейлер  

беймаза күйде деп аталады.   

  Электронның күиі төрт шаманың  мәндерімен анықталады: 

 



энергия, 

 



атомдағы электронның импульсының орбиталық моменті  

 



 импульс моментнің сыртқы магнит өрісінің импульс моментінің 

бағытына прпроекциясы     

 

Импульстің меншікті моменті. 



Кванттық сандар. 

Электронның импульс моменті квантталады және мына формула бойынша 

анықталады: 

 




1

l



l

L

 

мұндағы  



l = 0, 1, 2, ... , (n-1) — орбиталдық кванттық саньное квантовое число. 

L векторының проекциясы Планк тұрақтысына еселі немесе,  



 m

L

lZ

 

мұндағы 



m — магниттік кванттық сан, оның қабылдайтын мәндері: m = 0, ±1, ±2, ±3, ..., 

±l, яғни барлығы 2l + 1, мұндағы  l — орбиталдық  кванттық сан. 

 

Берілген n –ге сәйкес келетін электронның саны 



2



1

0

1



2

n

l

n

l







  Кванттық сандар n және l электрондық бұлттың формасы мен мөлшерін 

сипаттайды,  ал  кванттық  сан  т  электрондық  бұлттың  кеңістіктегі 

бағдарын анықтайды. 

  Электронның күйін сипаттаушылар:  



l = 0, s- күйі деп аталады. 

 l = 1, р-күйі деп аталады. 

l = 2, d- күйі деп аталады.  

l = 3, f- күйі деп аталады. 

Электронның меншікті импульс моменті де квантталады: 







1

s

s

L

S

 

мұндағы s = 1/2 — кванттық сан, спиндік кванттық сан деп аталады. 



L  векторының  өріс  бағытындағы  проекциясы  L

sz

    квантталып  келесі 



формула бойынша анықталады. 





S

SZ

m

L

 

мұнда m



s

 санының екі мәні ғана алынады: m

s

 =  ±(1/2) 



Сонымен, электронның 4 кванттық сан арқылы анықталады. 

n = 1, 2, 3, ...   — бас кванттық сан 

l = 0, 1, 2, ... , (n-1)   — орбиталық кванттық сан  

m = - l, ..., -2, -1, 0, +1, +2, ..., +l — магниттік  кванттық сан  

m

s

 = ±(1/2) — спиндік кванттық сан. 



Каталог: fulltext -> UMKDP -> Fizika
Fizika -> Бекітемін Ғылыми кеңес төрағасы, ректор, ҚР ҰҒА академигі
UMKDP -> Кафедра меңгерушісі Тутанов С.Қ. 2009 ж
UMKDP -> ОҚытушы пəнінің ОҚУ-Əдістемелік кешені
UMKDP -> Жер асты кешендері құрылысының технологиясы
UMKDP -> А. Н. Данияров атындағы өнеркәсіптік көлік кафедрасы
UMKDP -> ОҚытушы пәнінің ОҚУ-Әдістемелік кешені
Fizika -> ОҚытушы пәнінің ОҚУ-Әдістемелік кешені
Fizika -> Физика кафедрасының доценті физ-мат.ғылымының канд. Маженов Н. А
Fizika -> Аға оқытушы Бимбетова Г. М., аға оқытушы Сыздыков А.Қ
Fizika -> Энергетика, байланыс және автоматтандыру факультеті

жүктеу 0.88 Mb.

Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6




©emirb.org 2020
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет