ПОӘК 042-18-38-57/03-2014 №1 басылым 05. 09. 2014ж
Спектрлік сызықтардың изотроптық ығысуы
жүктеу/скачать 3,08 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Бор теориясының елеулі кемшіліктері
- 3 – дәріс. Корпускалалық – толқындық дуализм.
- 3.2. Зат бөлшектері толқындық қасиеттерінің тәжірибеде расталуы 3.2.1. Дэвиссон және Джермер тәжірибелері.
2.5. Спектрлік сызықтардың изотроптық ығысуы Сутегі атомы мен сутегі тәрізді иондардың жиіліктері үшін формулалар мына түрге келеді: 
мұндағы  және  сутегі және сутегі тәрізді ион ядроларының массалары.  болағандықтан, сутегі атомы спектріндегі сызықтар мен сутегі тәрізді ион спектріндегі бұларға сәйкес сызықтардың дәл келмеуі тиіс.
Сызықтардың осы сияқты ығысуы сутегі атомының изотоптарында да байқалуға тиіс. Сутегінің изотоптары дейтерий мен тритерий. Дейтерий атомының ядросы дейтерон – протон және нейтроннан тұрады. Тритий атомының ядросы тритон – протон және нейтроннан тұрады. Әр түрлі изотоптар ядроларынның массаларындағы айырмашылық бұлардың шығару спектрлеріндегі сызықтардың бір – біріне қатысты ығысуын туғызды. Сызықтардың осы ығысуы изотоптық ығысу деп аталады. Бұлар ығысу болмашы ғана. Мәселен, дейтерий үшін 
Демек   ,
Мұндағы Сонда жиіліктер айырмасы мынаған тең болады: N Жиіліктердің осы айырмасы тәжірибеде сенімді түрде расталған. Сызықтардың осы ығысуы бойынша изотоптардың массасын есептеуге, ал сызықтардың интенсивтіктері бойынша изотоптардың мөлшері жөнінде қорытынды жасауға болады. Сызықтардың ығысуы арқылы заттың изотоптық құрамын талдау әдісі іс жүзінде кең түрде қолданылады. Спетроскопияда спектрлік термдер және энергия деңгейлері көлденең сызықтармен, ал бұлардың араларында болатын көшулерді стрелкалармен бейнелеу қабылданған. Жоғарғы деңгейлерден төменгілерге бағытталған стрелкалар сәуле шығару сызықтарына,ал кері бағыттардв жүргізілген стрелкалар жұтылу сызықтарына сәйкес келеді. 2.3 – суретте сутегі спектрі осылай бейнеленген. Бордың кванттық теориясы атом құрылысы жайындағы ілімнің даму жолындағы едәуір жетістік болып табылады. Ол атом ішінде өтетін құбылыстарды бейнелеу үшін классикалық физиканың жарамсыздығын, микродүниеде кванттық заңдардың үстем болатынын айқын көрсетіп берді. Микродүние құбылыстарын зерттеген кезде физика кездескен жаңа кванттық заңдылықтарды ұғынуда ірі қадам болды. Бірақ Бор теориясының елеулі кемшіліктері де басынан бастап білінді. Ең алдымен бұл теория бір ізді классикалық та, ізді кванттық та болмады, жартылай классикалық, жартылай кванттық теория болды. Бор теориясының жетімсіздігі оны сутегі атомына қолданғанда – ақ білінді спектрлік сызықтар жиілігінің дұрыс мәндері алынғанымен, бұлардың интенсивтілігін анықтау мүмкін болмады. Бор теориясы сілтілік металл атомдары спектрінің дублеттік сипатын түсіндіре алмады. Бор теориясы шеңберінде сутегі атомынан кейінгі қарапайым атом – гелий атомы теориясын құруға жасалған әрекеттер сәтсіз болды. Сонымен Бор теориясы кейбір деректерді дұрыс түсіндіргенімен, бірқатар басқаларын түсіндіруге жарамады. Зат бөлшектерінің толқындық қасиеттері ашылғаннан кейін,классикалық механикаға сүйенген. Бор теориясы,атомдық құбылыстардың бір ізді теорияссының жасалу жолындағы өтпелі кезең ғана алатындығы түсінікті болды.
Оптикалық құбылыстардың көпшілігін ( дифракция, интерференция) жүйелі түрде толқындық көзқарас тұрғысынан кескіндеуге болатын оптика курсынан белгілі. Ал кейбір құбылыстарда (фотоэффект, Комптон эффект) жарық өзінің корпускулалық табиғатын анық байқатады. Толқындық теория тұрғысынан қарағанда жарық  тербеліс жиілігі мен  толқын ұзындығы арқылы сипатталады. Корпускулалық теория бойынша жарық фотонының  энергиясы,  массасы мен  импульсы мынаған тең:
Сөйтіп жарық фотонының импульсы мен жарық толқыны ұзындығы арасындағы байланыс Француз ғалымы Луи де Бройль (1892-1987) жарықтың осы корпускулалық- толқындық табиғиты жөніндегі түсініктерді дамыта келе, 1924 ж.корпускулалық – толқындық дуализм тек оптикалық құбылыстарға тән ерекшелік емес, ол барлық микродүние физикасында жан – жақты қолданылуға тиіс деген батыл жорамал ұсынды. Бөлшектердің корпускулалық және толқындық қасиеттерін сипаттайтын шамаларды байланыстыратын математикалық өрнектер дәл фотондардікі (3.1) сияқты. Сонымен қозғалыстағы кез келген бөлшекпен бір толқындық процесс байланысқан болады. Е   (3.1)
Оптикалық құбылыстар жағдайында (3.1) өрнек фотон импульсын анықтау үшін пайдаланылады: фотон - тыныштық массасы нөлге тең. С жарық жылдамдығымен қозғалатын бөлшек. Осы қатынас, де – Бройльша, зат бөлшектеріне салыстырылатын жазық монохромат толқын ұзындығын береді.  (3.2)
Тыныштық массасы нөл емес бөлшектер үшін р- Де Борйль толқын ұзындығын энергияның функциясы ретінде табалық. Егер потенциалдар айырмасы әсерінен электрон  жылдамдыққа ие болса, онда оның  импульсы
р 
тең болады. Осы электронмен де Бройль толқыны байланысқан, оның толқын ұзындығы  (3.5)
Электрон энергиясы Е  болсын. Осындай электрон үшін де Бройль толқын ұзындығын есептейік. Электрон жылдамдығы мына теңдіктен е -  2 анықталады:
  м/с
ал толқын ұзындығы 
Яғни жоғарыда көрсетілген энергиясы бар электронның толқын ұзындығы рентген сәулелерінің толқын ұзындығымен шамалас болады. Осыдан егер де – Бройль жорамалы дұрыс болса, онда электрондар дифракциясы рентген сәулелерінің дифракциясына ұқсас кристалдық торларда байқауға тиіс. Де Бройль жорамалы тәжірибе жүзінде дәлелденді. Енді осы тәжірибелерді қарастырайық. 3.2. Зат бөлшектері толқындық қасиеттерінің тәжірибеде расталуы 3.2.1. Дэвиссон және Джермер тәжірибелері. Бөлшектердің толқындық қасиеттері анық байқалған тәжірибелерге америка физиктері К. Дэвиссон (1881-1958) және Л. Джермер (1896-1971) тәжірибелері жатады (1927ж). 1.Тәжірибе схемасы 3.1 – суретте көрсетілген 
Осы максимум мына формулаға сәйкес  (3.6)
  периоды жоғарғы келтірілген жазық дифракциялық тордан алынған бірінші интерференциялық максимум ретінде түсіндіруге болады: бұл 3.2б – суретте корінеді. Осы суреттегі әрбір қара ноқат сурет жазықтығына перпендикуляр түзу бойында орналасқан атомдар тізбегінің проекциясын береді. периоды тәуелсіз жолмен, мысалы, рентген сеулелерінің дифракциясы бойынша анықтап алуға болады.
(3.5) формула бойынша есептелінген U - 54 В үшін дебройльдық толқын ұзындығы 0,167 нм –ге тең. Осыған сәйкес (3.6) формуладан табылған толқын ұзындығы болса, ол 0,165 нм – ге тең. Осы дәл келуден алынған нәтижені де Бройль жорамалының расталуы ретінде қабылдау керек. 2. Дэвиссон және Джермердің басқа тәжірибелерінде  түсу бұрышын тұрақты етіп, (демек, 0 ) алып,  үдеткіш кернеудің әртүрлі мәндерінде шағылған электорндық шоқтың  интенсивтілігін өлшенген.
Теориялық тұрғыданиосы жағдайда рентген сәулелерінің кристалдан шығылуына ұқсас интерференциялық шағылу максимумдары байқауы тиіс. Тәжірибе кезінде  n (3.7)
б  олатындығы шығады, яғни шағылу максимумдары болатын  мәндері n 1,2... бүтін сандарына пропорционал басқаша айтқанда, бір – бірінен бірдей қашықтықтарда болулары тиіс, мұнда U Вольтпен, ал d нанометрмен алынған.
3.3- суретте Дэвиссон мен Джермердің никель монокристалымен жүргізілген ( жүктеу/скачать 3,08 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
m
Планк тұрақтысы арқылы өрнектеледі.
(3.2.) өрнектерді де – Бройль теңдеулері деп аталады. (3.3.) өрнегімен анықталатын толқын ұзындығы де – 
және d мәндері тұрақты етіліп алынатындықтан (3.6) формуласынан 
, d0,203 нм) тәжірибелеріндегі алынған қисықтар келтірілген.