Атомдық физика

1 слайд
Атомдық физикаАтомдық физика протон нейтрон электрон позитрон фотон(квант) нейтрино немесе антинейтрино π-мезондар мюондар - + 0 π - + μ

1 слайд

2 слайд
Элементарлы бөлшектердің Элементарлы бөлшектердің қасиеттеріқасиеттері Электрон – теріс зарядталған, массасы Электрон – теріс зарядталған, массасы ≈≈ 0,511 МэВ 0,511 МэВ элементар бөлшек, спины 0,5 элементар бөлшек, спины 0,5 ћ. Протон – оң зарядталған, массасы массасы ≈ 938,3 МэВ(≈ 1 ≈ 938,3 МэВ(≈ 1 а.б), спины 0,5 а.б), спины 0,5 ћ. Позитрон – электронның антибөлшегі. Заряды 1, массасы электронның массасымен бірдей, спины-0,5 ћ. Нейтрон – нейтралды элементарлы бөлшек, массасы ≈ 939,6 МэВ, спины≈ 939,6 МэВ, спины 0,5 ћ. Еркін жағдайда нейтрон тұрақты емес және аз уақыт шамасында әсер етеді. Протондармен бірге нейтрон атомдық ядро құрайды, ядродағы нейтрон тұрақты.

2 слайд

3 слайд
Сутегі және оның изотроптарыСутегі және оның изотроптары Сутегінің 3 изотоптары бар: Сутегінің 3 изотоптары бар: протий, дейтерий және тритий.протий, дейтерий және тритий. H D T Массасы 1ге тең жеңіл сутегі немесе протий деп атайды және Н әрпімен белгіленеді, ал ядросы болса, протон деп атап, Р әрпімен белгілейді.

3 слайд

4 слайд
Дейтерий және тритийДейтерий және тритий Массасы 2-ге тең ауыр сутегі, оны дейтерий дейтерий деп атайды.деп атайды. Оны 22 НН символымен белгілейді немесе D (оқылуы «де») әрпімен белгілейді. немесе D (оқылуы «де») әрпімен белгілейді. Ядро d — дейтрон. Ядро d — дейтрон. Массасы 3-ке тең радиоактивті изотопты өте радиоактивті изотопты өте ауыр сутегі немесе оны тритий деп атайды, ауыр сутегі немесе оны тритий деп атайды, 33 Н символымен немесе Т әрпімен (оқылуы Н символымен немесе Т әрпімен (оқылуы «те») белгіленеді , ядро t — тритон.«те») белгіленеді , ядро t — тритон. Тритийдің радиоактивті схемасыТритийдің радиоактивті схемасы:: T 3 He e - ν p +

4 слайд

5 слайд
Микроәлемнің заңдарыМикроәлемнің заңдары Нейтрондар еркін кезде протон, электрон Нейтрондар еркін кезде протон, электрон және антинейтриноға тарайды. Неге және антинейтриноға тарайды. Неге лептондардың жұптары туындайды? Сонда лептондардың жұптары туындайды? Сонда антинейтрино тарататын энергияны электрон антинейтрино тарататын энергияны электрон тарата алмайды ма?тарата алмайды ма? Барлық реакциялар сақталу заңдары Барлық реакциялар сақталу заңдары бойынша жүруі керек. Бұл заңдарға бойынша жүруі керек. Бұл заңдарға энергияның сақталу заңы жатады, энергияның сақталу заңы жатады, лептонның, электр тогының, барионды лептонның, электр тогының, барионды зарядының сақталу заңы т.б…зарядының сақталу заңы т.б… электр заряды ++ n → p + + e - +ν 0 = 1 +(-1)+0 0 = 0 +1/2+(-1/2) реакция жазылуы 1 = 1 + 0 + 0 лептондық заряд бариондық заряд

5 слайд

6 слайд
Күннің көзіндегі ядролық реакцияларКүннің көзіндегі ядролық реакциялар Күннің көзі, жұлдыздар сияқты Күннің көзі, жұлдыздар сияқты термоядролық реакциялар арқылы жарық термоядролық реакциялар арқылы жарық береді.береді. H H D 3 He H H 4 He e + ν γ

6 слайд

7 слайд
Жоғары энергиясы бар протондар жақындағанда, олардың біреуі протон, екіншісі позитрон және нейтриноға айналуы мүмкін. Сол кезде дейтерия ядросы пайда болады. Дейтерия ядросы өзіне протонды қосып алады және қуатты гамма-квант таратады да, жеңіл геллийдің ядросы болып қалады Ядролар бір-біріне жақындаған кезде, екі протонды «еркіндікке жіберіп», гелийдің ядросына айналуы мүмкін. Қорытынды жасайтын болсақ, айналымдардың нәтижесінде Гелийдің ядросы пайда болады. Геллийдің ядросының массасы 4 сутегінің ядросының массасынан төмен болғандықтан, қалған масса энергияға ауысады. Қорытынды жасайтын болсақ, айналымдардың нәтижесінде Гелийдің ядросы пайда болады. Геллийдің ядросының массасы 4 сутегінің ядросының массасынан төмен болғандықтан, қалған масса энергияға ауысады. .

7 слайд

8 слайд
ππ-мезон-мезон Ядродағы протондар мен нейтрондар көп Ядродағы протондар мен нейтрондар көп әсер ететін бөліктермен - шамамен әсер ететін бөліктермен - шамамен электроннанэлектроннан 270 рет ауыр 270 рет ауыр ππ-мезондармен ауысып -мезондармен ауысып отырады.отырады. Зарядталған кезде мюон және антинейтриноға Зарядталған кезде мюон және антинейтриноға тарайды:тарайды: π - Мюонды антинейтрино μ - Нейтралды түрде бір сәтте-ақ, екі Нейтралды түрде бір сәтте-ақ, екі γγ-фотонға -фотонға тарайды:тарайды: π 0 γγ γγ

8 слайд

9 слайд
Мюон және ауыр лептонМюон және ауыр лептон Мюон электронға қатты ұқсайды, бірақ 200 Мюон электронға қатты ұқсайды, бірақ 200 есе ауыр болып келеді.Сонымен қатар есе ауыр болып келеді.Сонымен қатар мюон радиоактивті, ол электрон мен мюон радиоактивті, ол электрон мен антинейтриноға тарайдыантинейтриноға тарайды:: μ - ν e - Ауыр лептонға да осы қасиеттермен Ауыр лептонға да осы қасиеттермен сипатталады.сипатталады. «Лепто» - грек тілінен «жеңіл» деген «Лепто» - грек тілінен «жеңіл» деген мағына бередң, бірақ мюон мен лептонның мағына бередң, бірақ мюон мен лептонның ашылуынан кейін, «лептон» және «адрон» ашылуынан кейін, «лептон» және «адрон» сөздері тек шартты болып қалды. сөздері тек шартты болып қалды.

9 слайд

10 слайд
Ядронның құрылымы Ядронның құрылымы Элементарлы бөлшектердің кестесін құру кезінде Элементарлы бөлшектердің кестесін құру кезінде барлық топтастардың негізінде, кварк топтастары барлық топтастардың негізінде, кварк топтастары ретінде - (-ретінде - (-⅓, -⅔, +⅔) электронына қарағанда, ⅓, -⅔, +⅔) электронына қарағанда, заряды аз бөлшектер шартты түрде алынды. заряды аз бөлшектер шартты түрде алынды. Нуклондар 3 кварктерден тұрады: мезондардан, Нуклондар 3 кварктерден тұрады: мезондардан, кварктен және антикварктен.кварктен және антикварктен. Зондтаушы электрон арқылы кварктер Зондтаушы электрон арқылы кварктер глюондармен айырбас жүргізіп отыратыны бглюондармен айырбас жүргізіп отыратыны белгіліелгілі. . Бір глюоннан басқа глюондар туындайтын Бір глюоннан басқа глюондар туындайтын болғандықтан, әсер етуші күш арақашықтыққа болғандықтан, әсер етуші күш арақашықтыққа байланысты өсіп отырады. байланысты өсіп отырады. Глюондарды бір-бірінен үзу кезінде жаңа мезондар Глюондарды бір-бірінен үзу кезінде жаңа мезондар пайда болады:пайда болады: e - π 0 π 0

10 слайд

11 слайд
Томсон атомының моделіТомсон атомының моделі Атом – зарядталған бөлшектерден тұрады және олар тұрақты конфигурацияны сақтау үшін олар әрқашанда қозғалыста болады. Томсон моделінің негізгі идеясы да осы болатын.

11 слайд

12 слайд
Нагаоке атомның моделіНагаоке атомның моделі Нагаоке атомның моделі – «сатурнтәрізді». Мұндағы электрондар оң зарядталған денені айналатын шеңбер. Нагаоке атомның моделіндегі ортаңғы дененің атомының өлшемі Томсон моделіндегідей.

12 слайд

13 слайд
Планеталық атом моделіПланеталық атом моделі Ескі атом моделі – планеталық болған. Көптеген оқымыстылар осы атом моделі жайлы айтқан болатын, бірақ оның ешқандай физикалық негізі болған жоқ.

13 слайд

14 слайд
Радиоактивтіліктің ашылуыРадиоактивтіліктің ашылуы Антуан Анри Беккерель (1852 - 1908) 1 март 1896 ж.

14 слайд

15 слайд
Радиоактивтіліктің ашылуыРадиоактивтіліктің ашылуы Пьер Кюри (1859 - 1906) Мария Складовская-Кюри (1867 - 1934) 1898 ж – радиоактивтілікті зерттеу барысында, жаңа элемент полоний - ашылды

15 слайд

16 слайд
Эрнест РезерфордЭрнест Резерфорд Эрнест Резерфорд (1871 - 1937) Жаңа Зеландияда фермер жанұясында 1871 жылы өмірге келген. 1885 жылдан бастап ол Кавендиш лабораториясында жұмыс істей бастады. Сол жылдары Резерфорд бірінші докторант болатын. Резерфорд Дж. Дж. Томсон жетекшілігімен рентген сәулелерін және катодты зерттеу жұмыстарын жүргізді. Сол жылдары ол «Электромагниттік толқындардың магниттік детекторын» жасап шығарды. Сонымен бірге, 1898 жылдан бастап радиоактивтілікті зерттеумен сондай-ақ, заряд және бөлшектің массасын ұсынды. Ал Ф. Соддимен біріге отырып радиоактивтіліктің жойылу процессінде басқа элементтің атомы пайда болатындығын және радиоактивтіліктің жоюлу заңын ашты. 1898 – 1907 жылдары ол Монреалда (Канада), 1907- 1919 жылдары Манчестер университететінде (Великобритания) және 1919-1937 жылдары Кавендиш лабораториясының директоры болып қызмет атқарды.

16 слайд

17 слайд
бөлшекті зерттеубөлшекті зерттеу Радиоактивтілік сәулелену көзі -бөлшектер секундына 10000-20000 км жылдамдықпен таралады. -бөлшектің слюд пластинада таралуы Резерфорд, 1906 жылы бөлшектер түзу сызықты траекториядан 2 градус шамасында ауытқитынын және атом ішінде өте үлкен электр өрісі (кернеулік 1см-де 100кВ кем емес) бар екендігін көрсетті.

17 слайд

18 слайд
бөлшектердің алтын бөлшектердің алтын фольгада таралуыфольгада таралуы 1909 ж., Резерфорд, Марсден, Гейгер. Ганс Гейгер 8000 бөлшектен бірі 180° жуық бұрышпен таралатындығы байқалды.

18 слайд

19 слайд
бөлшектің алтын фбөлшектің алтын фоольгада таралуыльгада таралуы -бөлшектердің «ауытқуы» 1/8000 аз екендігі және ол нөлге тең екендігі дәлелденді.

19 слайд

20 слайд
бөлшектердің алтын фольгада бөлшектердің алтын фольгада таралуытаралуы Бұдан атом ішінде оң зарядталған дене өте аз екендігі дәлелденді. 1910 жылдың соңына қарай Резерфорд Гейгерге: «атом қалай болатындығын» мен білемін деді. 1911 жылдың май айында бұл қорытындылар жарияланды.

20 слайд

21 слайд
Қанша дегенмен олар айналама?Қанша дегенмен олар айналама? Планеталық атомның болмау себептері: - Электрондар үдеумен және тұйық траекториямен қозғалады; - Зарядталған бөлшектер, электромагниттік толқын шығаруы қажет, сол себепті олар үдеумен қозғалады және энергиясын да, жылдамдығын да жоғалтады; - Нәтижесінде электрон ядроға құлайды.

21 слайд

22 слайд
Атом және квантың ұқсастығы неде?Атом және квантың ұқсастығы неде? Нильс Бор (1885 - 1962) 1. Резерфордтың планеталық атомының бар екендігін дәлелдеу үшін, Бор квант қасиеттерін, жарықтың кванты – фотонның терең маңызы жоқ деген ұсынысты айтты. 2. Ол h Планк тұрақтысының өлшемі жоқ екендігіне көңіл аударды. Ол кезде (СИ жүйесінде Дж·с) болмаған еді. 3. Бор h Планк тұрақтысы, кез-келген процессте физикалық шама тұрақты нақты сан болу керек екендігін және ол өзгермеу қажет екендігін айтты. 4. Квантталу барысында осындай ұсыныстарға сүйене отырып, Бор электрон оң зарядталған ядроны айнала орбита бойымен қозғалатындығын және мынадай шарт бойынша орындалатындығын RmV=nh,сонымен бірге яғни электрон квантталадығын дәлелдеген болатын

22 слайд

23 слайд
Бор – Зоммерфельдтың квантталу ережелері Планкқа сәйкес жарықтың сәулеленуі порция порциямен, яғни квантпен шығады және энергия тең болады: .E h   Тұратын толқын энергиясының өзгерісі, сондай-ақ абсолют қара денеде пайда болатын энергияда тең болады: .E h   Тұратын толқындарды сызықтық гармониялық осциллятор ретінде қарастыруға болады. Планкқа сәйкес, барлық сызықтық гармониялық осцилляторда мынадай энергия болады. ,E nh n   мұндағы n – бүтін сан Сонда, соңғы шартты былай жазуға болады . E nh  

23 слайд

24 слайд
Бордың сутегі ұқсас атомдарының теориясыБордың сутегі ұқсас атомдарының теориясы Электрон ядроны айнала дөңгелек орбита бойымен қозғалады. Оған ядро жағынан кулондық тартылу күші әсер етеді. Электронның толық энергиясын табу керек және оның импульс моменті дискретті түрде өзгеретіндігін ескеруіміз қажет яғни ол мынадай түрде болады. .mVR n   Толық энергия дегеніміз электронның механикалық энергиясы ол электронның кинетикалық және потенциалдық энергияларының қосындысы .E T W  2 . 2 mV T Электронның потенциалдық энергиясы кулондық өрісте 2 0 1 . 4 Ze W R 

24 слайд

25 слайд
мұндағы V - электронның жылдамдығы, R – орбита радиусы , 2 R V a 2 2 2 0 1 , 4 V Ze m R R  мұнда Z - ядро заряды. Ньютонның екінші заңын жазайық. Центрге тартқыш үдеу тең болады 2 2 0 1 . 2 4 mV Ze E T W R     Бордың сутегі ұқсас атомдарының теориясы 2 2 0 1 , 4 Ze mV R  2 2 0 1 1 2 2 4 mV Ze R   1 . 2 W 1 2 E T W W W     1 2 W  2 0 1 1 . 24 Ze R 

25 слайд

26 слайд
.mVR n Бордың ұсынысына сүйене отырып, классикалық механикадағы барлық мүмкін болатын электрондардың тек орбиталық импульс моменті бар электрондар ғана орбита құра алады. Бордың сутегі ұқсас атомдарының теориясы бұдан . n V mR   2 2 0 1 . 4 Ze mV R  Алдында көрсетілгендей Мұнда жылдамдық өрнегін қоямыз V: сонда 2 2 2 2 2 0 1 , 4 n Ze m m R R   2 2 0 2 4 .R n mZe   Орбита радиусы өрнегін R –ді электрон энергиясы теңдеуіне қоямыз: 2 0 1 1 24 Ze E R   2 2 4 2 2 0 1 1 1 . 2 4 mZ e n       

26 слайд

27 слайд
Сутегі атомның энергетикалық теңдеуінің кестесі 1 2 . n E E n  2 4 1 2 0 1 1 1 . 2 4 13,6 . me E E ýÂ         

27 слайд

28 слайд
Бордың постулаттарыБордың постулаттары 1.Атом кейбір дискретті энергия мәндерде ғана тұрақты дискретті күйде бола алады. Тұрақты күйде атом электрондары ядроны айнала тек қана «мүмкін болатын» орбиталар арқылы қозғала алады және олардың радиустары атом энергиясының мәндерімен сәйкес болуы қажет.

28 слайд

29 слайд
Бордың постулаттарыБордың постулаттары 2. Электрондар «мүмкін болатын» орбитаны айнала қозғалғанда электромагниттік толқындар тудырмайды. Сәулелену тек қана электрондар «мүмкін болатын» орбиталардың бірінен екіншісіне ауысқанда ғана болуы мүмкін.

29 слайд

30 слайд
Бордың постулаттарыБордың постулаттары 3. Сонымен, атом энергияларының шашырауы және жұтылуы порция порция болып шығады, сонымен бірге (энергия квантталады) яғни h.

30 слайд

31 слайд
Атом электрондары жұтылғанда олар сы...

31 слайд