Автор: Пользователь скрыл имя, 10 Декабря 2012 в 16:08, лекция
Большой Взрыв - космологическая гипотеза о начале расширения Вселенной, которое произошло 13,7 млрд. лет назад из сингулярного состояния. Расширение Вселенной заключается в динамическом изменении пространства–времени.
Догалактические этапы эволюции Вселенной
Характеристики Вселенной в настоящее время
Базовые понятия ядерной физики
Опыт Резерфорда
Атом водорода
Эксперимент показал, что 1 из 8000 частиц отражается на углы более 90°, когда основная масса частиц проходит через фольгу с небольшим отклонением или вообще без него. Исходя из этого Резерфорд заключил, что основная масса и заряд вещества заключена в крошечном положительно заряженном пространстве (ядре) окруженном электронами.
При столкновении α-частицы с ядром, вся кинетическая энергия α-частицы превращается в потенциальную энергию, вследствие чего частица останавливается.
В этот момент, расстояние от α-частицы до центра ядра (b) является максимально возможным радиусом самого ядра, это очевидно из эксперимента: если радиус сферического ядра превысит b, то частица не сможет провзаимодействовать с ним как с точечным зарядом посредством лишь кулоновских сил.
Приравнивая кинетическую энергию частицы к потенциалу электрического поля:
m (масса α-частицы) = 6.7×10^(−27) кг
q1 (заряд α-частицы) = 2×(1.6×10^(−19) Кл
q2 (заряд ядра золота) = 79×(1.6×10^(−19)) Кл
v (начальная скорость α-частицы) = 2×10^7 м/с
Для максимального радиуса
Атом водорода
и определяются соотношением
где n – главное квантовое число, определяющее энергии различных состояний электрона в атоме водорода (n = 1, 2, 3…),
R - постоянная Ридберга (R = 1.0974·105 1/см).
Такое вырождение уровней по энергии характерно только для кулоновского поля.
Кроме того, каждое из этих
вырожденных по состояний
кратно вырождено по магнитному числу
Таким образом, полная кратность вырождения стационарного квантового состояния с главным квантовым числом n равна:
.
Эти два значения различаются взаимными ориентациями орбитального и спинового векторов.
в кулоновском поле протона несколько отличаются, и вырождение по энергии состояний снимается.
Это дополнительное взаимодействие носит название спин-орбитального.
С учетом снятия вырождения спектр низколежащих состояний атома водорода обогащается, происходит тонкое расщепление уровней энергий.
а – без учёта спина электрона и спина ядра,
б – тонкое расщепление уровней, учитывающее спин электрона,
в - сверхтонкое расщепление уровней, учитывающее взаимодействие магнитного момента электрона с магнитным моментом ядра.
Схема уровней атома водорода
3s1/2
3p1/2, 3p3/2
3d1/2, 3d3/2
1/2
1/2,3/2
3/2,5/2
1/2
1/2
1/2
0
1
2
3
2s1/2
2p1/2, 2p3/2
1/2
1/2,3/2
1/2
1/2
0
1
2
1s1/2
1/2
1/2
0
1
обозначение уровней
j = l ± s
s
l
n
Квантовые характеристики
состояниях атома водорода
Из точного решения
где с- скорость света,
-постоянная тонкой структуры
Поправка в
не зависит от квантового
Величина расщепления уровня
с n = 2 составляет
.
состояние n = 1 образуют серию Лаймана.
Переходы из состояния n = 3, 4, … ∞
в состояние n = 2 – серию Бальмера.
Переходы между состояниями
с отрицательной энергией (E < 0)
приводят к образованию
спектра переходов, в то время как
переходы между состояниями с E > 0
и состояниями с E < 0 дают
непрерывный спектр переходов.
Рис. 2. Схема уровней атома водорода
Рис. 3. Радиальное распределение вероятности нахождения электрона в кулоновском поле протона (атом водорода) в s, p и d состояниях. Расстояния даны в боровских радиусах
Вероятность нахождения электрона в объеме в определенном месте пространства определяется выражением
Радиальное
распределение
Угловое распределение
Рис. 4. Распределение угловой
Рис. 5. Распределение полной
нахождения электрона в атоме
водорода, определяемое угловой
и радиальной плотностью
Ядерно-физические
где a и b –постоянные.
Мозли сделал вывод, что найденная в его опытах константа атома, определяющая длину волны характеристического рентгеновского излучения и совпадающая с порядковым номером элемента, может быть только зарядом атомного ядра, что стало известно под названием закон Мозли.