Бекітемін Ғылыми кеңес төрағасы, ректор, ҚР ҰҒА академигі



жүктеу 0.88 Mb.
Pdf просмотр
бет4/6
Дата19.05.2017
өлшемі0.88 Mb.
1   2   3   4   5   6

Паули ұстанымы: 

Атомның  төңірегіндегі  электрондардың 4 кванттық  сандарының  бірдей 

болып келуі мүмкін емес. 2 электронның бір мезгілде бірдей кванттық сандарға 

ие болуы мүмкін емес. 

 

Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары 



1.

 

Сутегі молекуласы. 



2.

 

Иондық және коваленттік байланыс. 



     3. Екіатомды молекуланың электрондық термі. 

 

ДӘРІС  №9 

Тақырып 2.6.Кванттық электрониканың элементтері (1/1/1 сағ). 

Дәріс жоспары. 

1.

 

Тосын және еріксіз сәуле шығару. 



2.

 

Лазерлер.. 



Молекула немесе атом электроиагнитік толқындарды қабылдап төменгі 

энергетикалық деңгейден жоғарғы энергетикалық деңгейге анықталады. Бұл 

кезде энергияның жұту процесі өтеді. Ал жоғары энергетикалық деңгейден 

төменгі энергетикалық деңгейге ауысқанда еріксіз кванттық сәуле шығарады: 



h

 = E





– E

i

мұндағы 



E

j

  и E



i

 — электрондар ауысатын деңгейлердің энергиялары.  

 

Егер  зат  энергияны  жұтса  /мысалы,  фотонды/,  онда  оның  атомы  мен 



молекулалары өз бойына артық энергияны жинап беймаза күйге түседі  . Атом, 

ион  немесе  молекула  өзінің  осы  беймаза  күйінен  энергиясы  төмен  деңгейдегі 

күйіне  өз  ырқымен  тосынан  /спонтанно/  және  еріксіз  /вынужденно/  ауыса 

алады, ауысу кезінде шығарған сәуле жиілігі мына өрнек бойынша анықталады        

 

           

 

 

 

 һ



2



1

 ,  

 

 

               (1) 

мұнда:  һ- Планк тұрақтысы; 

 - сәуленің тербеліс жиілігі; 

Е2, Е1 - атомның энергиялық деңгейлері; 

һ

 - квант энергиясы. 



 

Бұл  энергиялық  деңгейлердің  арасындағы  ауысу  кезінде  атомға 

сыртқы ортадан әсер еткен электромагниттік өрістің квантына қосарлана 

қосымша квант шығады. Өз ырқымен тосынан сәуле шығару квантының 

бағыты  кезкелген  жаққа  бағыталса,  еріксіз  сәуле  шығару  квантының 

бағыты сыртқы электромагниттік өріс квантының бағытына сәйкес келеді  

және  сыртқы  сәуле  кванты  мен  еріксіз  шыққан  сәуле  квантының 

тербелістерінің  

а/ кванттың жұтылуы 

 

 



 

 

 



 

б/ тосын сәуле шығару 

 

 

 



hv 

 


в/ еріксіз сәуле шығару 

 

 



      

 

          



hv 

 

 



 

 

 



       hv 

-

 



энергиясы Е  , мазасызданбаған атом 

hv

і



 

-

 



 энергиясы Е  , беймаза атом 

і

 



 

 

 



 

фазасы,  поляризациясы  және  жиіліктері  бірдей,  яғни  екі  квант  бір-біріне 

толық  ұқсас  болады.  Сыртқы  электромагниттік  сәуленің  әсерінен  атомның 

энергиясы  тек  жоғарғы  деңгейден  төменгі  деңгейге  ғана  ауысып  қоймайды, 

сонымен қатар төменгі деңгейден энергиясы жоғарғы деңгейге де ауыса алады, 

тек соңғы жағдайда квант жұтылады. 

Квант  энергиясын  шығаратын  ауысулар  мол  болуы  үшін  энергиялық 

деңгейі  Е  жоғары  және  өзырқымен  төменгі  деңгейге  ауыса  алатын  беймаза 

күйдегі, яғни жоғары энергиялық деңгейдегі атомдар мен молекулалардың саны 

көп болуы шарт. 

Термодинамикалық  тепе  теңдік  кезінде  молекулаларды  олардың 

энергиялық күйіне қарай жіктеу Больцман заңы бойынша атқарылады. 

 

         N=N



0

e

-E/kT 



,                                                      

мұнда:    N - ортадағы энергиялық күйі Е температурасы Т                                              

                 молекулалардың саны; 

N

0



  - осы Т температурадағы негізгі күйдің молекулаларының саны. 

 

 



 

 

Егер қандайда болмасын әдіспен заттың көп молекулаларының энергиялық 



деңгейі  молайтылған    /инверсионная  населенность/  болса,  онда  жоғарғы 

деңгейден төменгі деңгейге ауысудың саны көп болады.Бұл - затқа келіп түскен 



сәуле квантының /һv/   сол заттың ішінде өзіне ұқсас кванттарды /һv/  туғызып 

көбейуіне, яғни затқа сырттан түскен сәуленің күшейуіне әкеледі. 

 

 

анод 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



             катод 

алдынғы айна               

Р=50%                           

артқы айна     

Р=100%

 

 



 

жазық 


б

 



поляризация- 

ланған сәуле 



He-Ne қоспасы 

белсенді элемент 

 

 

 



Заттың  жоғарғы  деңгейлі  энергиялық  күйін  белсенді  күй  деп,  ал  белсенді 

күйдегі  ортаны  белсенді  орта  деп  атайды.  Жоғары  энергиялық  деңгейдегі 

молекулалар  /атом  немесе  иондар/  санын  сырттан  энергия  беру  арқылы 

көбейтуді инверсиялық нығыздау /накачка/ деп атайды. 

Нығыздау  тәсілдері  әртүрлі  және  ол  лазер  түрлеріне  байланысты. 

Нығыздау  процесін  үш  деңгейлі  лазердің  мысалынан  көруге  болады  .   

Молекулалар 1 - энергиялық  деңгейден      ІІ    -  энергиялық  деңгейге  ауысуы 

үшін,  сырттан  келген  сәуле  квантының  көмегімен,  электрондар  әуелі    1  - 

энергиялық деңгейден  ІІІ - деңгейге ауысады. Бұл  ІІІ - деңгейдегі электронның 

тұрақтап тұру уақыты, яғни электронның бұл беймаза күйде болу уақыты өте аз  

/

10


-8

 c/  болуы қажет. 

Электрондардың    ІІ  - деңгейде  тұрақтау  уақыты 

10


-8

  с  дан  көбірек 

/айталық  10

-3

 с/, сондықтан электрондар өзықтиярымен сәуле фотонын  



 

 


 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



III 

II 


лазер сәулесі

 

нығыздау 



 

шығармай-ақ    ІІІ - деңгейден  беймаза  уақыты  көбірек    ІІ - деңгейге 

/метастабильный/ ауысып жиналады және өте күшті нығыздау болған кезде  ІІ - 

деңгейдегі  элоктрондар  саны    І - деңгейдегіден  көп  артық  болады.  Бұл    ІІ - 

деңгейден  І - деңгейге электрондардың ауысып, фотон тасқынын шығаруының 

мүмкіндігін қамтамасыз етеді. 

 

Дегенімен  оптикалық  тербелістің  туындауы  тек  еріксіз  сәуле  шығару  бір 



рет  қана  пайда  болмай,  одан  кейін  де  жиі  қайталанып  отырған  жағдайда  ғана 

өтеді. Бұл процесс өтуі үшін белсенді орта оптикалық резонатор /үндестіргіш/ 

ішіне орналасады. 

Оптикалық  үндестіргіш - екі  айнаның  арасына  орналастырған  белсенді 

орта.  Айналар  жазық,  дөңес  және  ойыс  болып  келеді.  Олардың  сәулені 

шағылыстыру  коэффициентінің  жоғары  болуы - аса  керек  қасиет.  Мұнда 

шағылыстырғыш  қабілеті  жоғары  және  жарықты  жүтпайтын,  көп  қабатты 

диэлектрлік жамылғышы бар айналар қолданылады. 

Бірінші  айнаның  сәулені  шағылыстырғыш  коэффициенті 0,5 /50%/, ал 

екінші айнанікі  0,98 /

100%/ тен кем болмайды. Айналардың оптикалық  

 

 



 

 

 



белсенді     орта 

 

 



 

 

 



 

 

лазер 



сәулесі 

 

жартылай 



мөлдір 

мөлдір айна 

емес айна 

 

р=50% 



р=100%     

 

оптикалық резонатор 



 

 

бетінің тегістелуі оған түсетін жарық толқының 1/100 бөлігіндей дәлдікпен 



өңделуі  және  айналардың  бір - біріне  өте  дәл  параллель  орналасуы  қажет. 

Параллель еместігі ең көп  болғанда  5 

  бұрыштық секундтан аспауы керек. 

               

 

Сырттан кванттық энергия алған активтік ортадағы электрондар атомның 



инверсиялық жинақталу деңгейіне ауысады. Бірақ бұл күйде тұру уақыты өте 

аз болғандықтан олар қайтадан бір мезгілде өз орнына ауысады, осы кезде 

активті орта жиіліктері бірдей бірнеше кванттарды шығарады.Бұл кванттық 

сәулесін лазер сәулесі деп атайды. Лазерсәулесін алу оптикалық 

резонаторладың көмегімен іске асады. Бұл құрылымды лазер деп атайды..  

 

 «ЛАЗЕР» атауы— ағылшын тілінен шыққан Light Amplification by 



Stimulated Emission of Radiation (LASER) – еріксіз жарық шығарудың 

көмегімен сәулені күшейту. 

Лазердің түрлері: 

1.Активтік ортаға байланысты: қатты, жартылай өткізгіштік, сұйық және 

газ. 

2. Нығыздалу әдісіне байланысты: оптикалық, жылулық, химиялық және 



газодинамикалық. 

Жұмыс тәртібіне байланысты: үзілісіз және импульсті. 

Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары 


1. Гелий-неон және рубин лазерінің жүмысы. 

 

ДӘРІС №10 

Тақырып 2.7. Кванттық статистика. (1/1/- сағ). 

Дәріс жоспары 

1. Фазалық кеңістік. Элементар ұяшық. Күй тығыздығы. 

2.Нернст теоремасы және оның салдары. 

3.  Бозе-Эйнштейн  және  Ферми–Дирактың  кванттық  статистикалары 

туралы түсінік. 

4. Квазибөлшектер олардың анықтамалары және түрлері. 

 

Толқындық функцияның симметриялық сипаттамасы бөлшектрің спинімен 

анықталады. Осыған байланысты бөлшектер екі түрге бөлінеді: 

1.Жартылай спинді бөлшектер (электрон, протон, нейтрон) 

антисимметриялық толқындық қасиетпен сипатталады да Ферми –Дирак 

статистикасына бағынады. Бұл бөлшектреді фермиондар деп атайды. 

2. Нолдік және бүтін спинді бөлшектре симметриялық толқындық 

функциямен сипатталады да Бозе –Энштейн статистикасына бағынады, бұл 

бөлшектре бозондар деп атайды. 

 

Бозе-Энштейн статистикасының өрнегі:  



1

1

/



)

(





kT



E

i

i

e

N

 



 

мұндағы μ – химиялық потенциал, ол бөлшектің тығыздығы мен 

температурасымен анықталады. 

  Ферми-Дирак статистикасының өрнегі:  

1

1

/



)

(





kT



E

i

i

e

N

 



 

Мұндағы μ оң мәнге ие болады. 

 

Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары 



1.

 

Нернст теоремасы және оның салдары. 



Квазибөлшектер және оның түрлері. 

 

ДӘРІС №11 

Тақырып 2.8. Қатты денелер физикасы  (1/-/- сағ).  

Дәріс жоспары. 

1.

 

Құрылымдық кристаллографияның элементтері. 



2.

 

Кристалл торының жылу сиымдылығы.Фонондық газ. 



  

Кванттық жылу сиымдылық туралы түсінік . Фонондар. 

Энштейн кристалл торларындағы атомдардың тербелісін тәуелсіз деп 

есептеген. Кейінірек бұл теорияны Дебай дамытып тәуелсіз тербеліс туралы 

қорытындыны жоққа шығарды. Дебайдың түсінігі бойынша төменгі жиілікті 

тербелістер серпімді толқынға сәйкес келеді. Сондықтан қатты денелердегі 

жылулық беймаза күйі серпімдік толқындар арқылы сипатталады. 

Кристалдардағы осы серпімді тербелістер дыбыс толқынның энергиясының 

кванты фонондар деп аталады. 

Фонодар квазибөлшектре болып есептеледі, олар өздерін 

микробөлшектерге ұқсас күйде ұстай алады. Сондықтан серпімді 

толқындардың квантталуы фонондар туралы көз-қарастың қалыптасуына 

әкелді. Квази бөлшектрдің басқа бөлшектреден айырмашылығы олар жүйенің 

өзараәсерлесуші бөлшектерінің коллективімен байланысты. Олар вакуумде 

өмір сүре алмайды.  

Фонондар шығарылады, бірақ оның саны сақталмайды. 

Қатты денелердің жылу сиымдылығы Дюлонг және Пти заңымен 

анықталады, ол төменгі температурада термодинамикалық температураның 

кубына пропорционал болады. 

 

Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары 



1.

 

Кристалдық құрылымды зерттеу әдісі. 



Металдардың жылу өткізгіштігінің өлшемдік эффектісі. 

 

ДӘРІС №12 

Тақырып  2.8. Металдардың электр өткізгіштігі (1/1/1сағ). 

Дәріс жоспары. 

1. Ферми деңгейі. Ферми беті. 

2. Металдардың элетр өткізгіштігі. 

3. Тоқ тасымалдаушылар квази бөлшек ретінде. 

4. Кристалдардағы энергиялық белдеулер. 

Металдардағы электр өткізгіштігін Ферми –Дирак таралуына бағынатын 

идеал газ деп қарастыруға болады. Егер μ

0

– дегеніміз Т = 0К –дағы газдың 



химиялық потенциалы болса энергиясы Е электронның кванттық күйдегі 

орташа саны келесі өрнекке тең: 

 

1

1



/

)

(



0





kT

E

i

i

e

N

 



Яғни  Т = 0 болғанда  таралу  функциясы 

1

)



(



E



N

,  егер  Е < μ

0

  және 


0

)

(





E

N

.  


Электрондармен толыққа ең жоғарғы энергетикалық деңгейдегі деңгей –

Ферми деңгейі деп аталады. Идел газдың тығыздығы жоғарлаған сайын Ферми 

деңгейі де жоғары болады. Электронның шығу жұмысын потенциалдық 


шұңқырдың түбінен бастап есептемей Ферми деңгейінен бастап есептеу керек. 

Себебі металдар үшін kT<

F

.  


Ферми –Дирактың кванттық статистикасына негізделген металдардың 

электр өткізгіштігінің кванттық теориясы металдардың электр өткізгіштігі 

мәселесін қайта қарауға мәжбүр етті. Ол меншікті өткізгіштіктің теорияға 

тәуелділігін түсіндіреді оған қоса металдардағы еркін жол ұзындығының үлкен 

шама екендігін көрсетеді. 

Кристалдардағы энергиялық белдеулер. 

Қатты кристалл денелер қатты денелердің белдеулік теориясы бойынша 

периодты электр өрісін құрайтын атом ядроларының қатаң периодтық 

құрылысы есебінде қарастырылады. 

Белдеулердің ені (рұқсат етілген және рұқсат етілмеген) кристалдың 

өлшеміне тәуелді емес. Рұқсат етілген белдеудің ені неғұрлым көп болса 

соғұрлым валенттілік элетрондардың ядромен байланысы әлсіз болады. 

Рұқсат етілмеген белдеу деп – электроны болмайтын энергияның аралығын 

айтамыз. 

Энергиялық  белдеу  ішкі  электрондарменен  толыққан  болса  оны 

коваленттілік белдеу деп атайды. 

Еркін  белдеуді  немесе  сыртқы  электрондармен  жартылай  толыққан  болса 

өткізгіштік зонасы дейміз. 

 

 

Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары 



1.

 

Төменгі өлшемдік жүйелер 



2.

 

Белдеулік 



теориясындағы 

металл, 


диэлектрик, 

жартылай 

өткізгіштер. 

3.

 



Меншікті және қоспалық өткізгіштік. 

Асқын өткізгіштік құбылысы. 



 

ДӘРІС №13 

Тақырып 2.9. Ферромагнетиктердің қасиеттері (1/-/- сағ).  

Дәріс жоспары. 

1. Ферромагнетиктердің қасиеттері туралы кванттық көз–қарас. 

2. Ферромагнетиктерді магниттелуі. 

3. Кюри температурасы. 

4. Алмасып әсерлесу.  

 

Ампер гипотезасына сәйкес барлық денелерде атомдар молекулаларының 

электрондарының қозғалысының нәтижесінде туындаған микротоқтар болады. 

Атомда қозғалған электрондардың орбиталық магниттік моментінің модулі: 

|

m

р

= eυr /2 



Орбиталдық моменттен басқа электронның меншікті импульсінің 

механикалық моменті бар 

, оны спин деп атайды. Спин электронның заряды 

мен массасы тәріздес оның бөлінбейтін қасиеті. Электронның спиніне 

 

оның меншікті (спиндік) магниттік моменті сәйкес келеді 



eS

L



eS



L



mS



р

, ал бағыты 

қарама қарсы 

eS

S

mS

L

g

p





.  

 g



 S

  – шамасы спиндік моменттің гиромагниттік қатынасы делінеді. 



Ф е р р о м а г н е т и к т е р  — деп тосын магниттелетін немесе сыртқы 

магнит өрісі болмаған жағдайдада магниттелетін заттарды айтамыз 

Ферромагнетиктердің магниттік қасиеті олардың температурасына тәуелді. 

Кюри  нүктесі  деп  аталатын  температурада  олардың  магниттік  қасиеттері 

жоғалып  паромагнитиктерге  айналады.  Яғни  Кюри  нүктесінде  екінші  текті 

фазалық ауысу өтеді. 

Феромагнетиктердің ерекше қасиеттеріне магниттік гистерезис алу 

құбылысы жатады. Ол В мен Н –тың арасындағы байланысты сипаттайды.  

Сыртқы магнит өрісі болмаған жағдайда ферромагнетиктердің ішіндегі 

магниттік домендардың бағыты әртүрлі болғандықтан олардың жалпы магнит 

моменті 0–ге тең. Сыртқы магнит өрісі болған кезде олардың магниттік 

моменттарының бағыты бір бетке бағытталғандықтан жалпы магнит өрісі 

күшейе түседі. Бұл процесс магниттелу деп аталады. 

Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары 

1.

 

Өзара алмасу әсері. 



     2. Магниттік материалдар. 

 

 ДӘРІС №14 



Тақырып 3.1. Атомдық ядро (1/1/1сағ).  

Дәріс жоспары. 

1. Атомдық ядроның құрылысы. 

2. Ядролық күштер. Ядролық күштердің өзара алмасу сипаттамасы. 

3. Атом моделдері. 

4. Альфа-бета және гамма-сәулелені және олардың заттармен өзара 

әсерлесуі.  

 

Атом ядросының құрылысы, заряды, өлшемдері және массасы. 



Атом ядросы нуклондар деп аталатын протон мен нейтроннан тұрады. 

Ядро  бейтарап  атомның  таңбасымен  таңбаланады 

,  мұндағы X – 

химиялық  элементтің  таңбасы, Z – атомдық  номер  немесе  зарядтық  сан 

(ядродағы  протондардың  саны),  А – 

м

A

Z



X

м

м



а

а

а



с

с

с



с

с

с



л

л

л



ы

ы

ы



қ

қ

қ



 

 

 



с

с

с



а

а

а



н

н

н  (ядродағы  нуклондарсаны). 



Нейтрондардың саны мына өрнекпен анықталады:N = A – Z.  

Ядролық күштер: 

 

Тартылу күші болып табылады. 



 

Қысқа қашықтықтан (10



-15

м) әсер етуші күшке жатады. 

 

Табиғаты элетрлікке жатпайды. Зарядтық тәуелсіздік қасиеті бар 



 

Қанығу қасиеті бар. 



 

Спиндардың өзара бағытталуына тәуелді 



 

Центрлік күшке жатпайды. 



  Еркін  нуклондарының  массасының  қосындысы  олардың  ядродағы 

массасынан көп болады. Бұл айырмашылықты 



 m ядроның кемтік массасы 

деп атайды.  

Оның шамасы мына формуламен анықталады:  

 



m = [Z·m



p

 + (A - Z)· m

n

] - M

я

 

мұндағы 



m

p

—  еркін протонның массасы.  



m

n

—  еркін нейтронның массасы.  



M

я

—  ядро массасы. 



 Ядроның толық байланыс энергиясы: 



 m · с



W

св

 =

Ал меншікті байланыс энергиясы:  

 



 Wсв = Wсв/A = (

m · с



2

)/A 


 

Табиғи  радиоактивтік  изотоптар  ыдырау  кезінде  төрт  түрлі  радиоактивтік 

бөлшек шығарады: 

1)

 



 — 


бөлшек (гелий ядросы Не

2

4

); 


2)

 



 

— бөлшек (электрондар); 

3)

 



    — сәулесі (қысқа толқынды фотондар);  

4)

 



~

 — 



антинейтрино. 

Радиоактивтілік – деп  жоғарыда  көрсетілген  төрт  түрлі  бөлшектерді  өз 

еркімен шығаратын табиғи заттар. 

Егер N уақыт t=0 болғандағы  атом  саны  болса dN – dt уақыт  кезіндегі 

ыдыраған атомдардың саны: 

dN = – 


N

dt 



 

«минус» таңбасы уақыт өткен сайын радиоактивтік атомдарының санының 

кемуін көрсетеді. 

Айнымалы  шамаларды  бір–біріне  бөліп  интегралдағаннан  кейін 

алатын теңдеуіміз: 

t

e



N

N



0



Жартылай ыдырау периодын анықтау формуласы: 

 


693



,

0

2



ln

2

1





T

 

dN = A  көбейтіндісі  радиоактивтік  белсенділік  деп  аталады  да  Кюримен 



өлшенеді. Бұл жағдайда радиоактивтік ыдырау заңы мына түрде жазылады: 

 

t



e

A

A



0



  

Радиоактивтік ыдыраудың орташа өмір сүру уақыты: 







1

1



1

0

0



0

0

0



0











tt

tt

te

dt

te

N

N

Ntdt

N

 

 



 

Студенттердің дербес жұмысының бақылау тапсырмалары 

1.

 

Ядролық реакциялар. 



2.

 

Атом ядросының радиоактивтік түрленуі. 



3.

 

Бөліну реакциясы. Тізбекті бөліну реакциясы. 



4.

 

Ядролық реактор. 



          5. Синтез реакциясы. 

 


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