a kvantum fizika születése

Download A kvantum fizika  születése

If you can't read please download the document

Post on 06-Jan-2016

42 views

Category:

Documents

9 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

A kvantum fizika születése. Max Planck (1858-1947). Niels Bohr (1885-1962). Werner Heisenberg (1901-1976). Erwin Schrödinger (1887-1961). Wolfgang Pauli (1900-1958). Paul Dirac (1902-1984). A kvantumfizika születése. Hőmérsékleti (feketetest) sugárzás, termikus fényforrások. - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

  • A kvantumfizika szletse

  • A kvantumfizika szletseHmrskleti (feketetest) sugrzs, termikus fnyforrsokHullmhossz (nm) 10002000Ibolyntli(UV)Lthat(Vis)Infravrs(IR) a Nap sugrzsa: ~ 5800 K egy csillag sugrzsa: ~ 8000 K Energiasrsg eloszls

  • A kvantumfizika szletseHullmhossz (nm) 10002000Ibolyntli(UV)Lthat(Vis)Infravrs(IR)A felletegysgrl idegysg alatt kisugrzott sszes energia egyenesen arnyos a hmrsklet negyedik hatvnyval (Stefan-Boltzmann trvny).

    A maximlis intenzits sugrzs hullmhossza a sugrz test hmrskletvel fordtottan arnyos (Wien-fle eltoldsi trvny).

    Hmrskleti (feketetest) sugrzs, termikus fnyforrsok Energiasrsg eloszls ahol

  • A kvantumfizika szletseHmrskleti (feketetest) sugrzs, termikus fnyforrsok A klasszikus mechanika alapjn tanulmnyozta a feketetest-sugrzst. Az elektromgneses mezt harmonikus oszcilltorok sokasgnak tekintette. Az adott frekvencij fny jelenltt az ugyanilyen frekvencij elektromgneses oszcilltor gerjesztsvel rtelmezte. A klasszikus ekvipartcis ttelt (minden szabadsgi fokra kT energia jut) hasznlta az oszcilltorok ltagos energijnak a szmolsra.Rayleigh-Jeans(5000 K)IntenzitsHullmhosszJohn William Strutt(1842-1919)mrt(5000 K)teljes energiasrsgBoltzmann-llandk = 1,3811023 JK1

  • A kvantumfizika szletseHmrskleti (feketetest) sugrzs, termikus fnyforrsok A klasszikus mechanika alapjn tanulmnyozta a feketetest-sugrzst. Az elektromgneses mezt harmonikus oszcilltorok sokasgnak tekintette. Az adott frekvencij fny jelenltt az ugyanilyen frekvencij elektromgneses oszcilltor gerjesztsvel rtelmezte. A klasszikus ekvipartcis ttelt (minden szabadsgi fokra kT energia jut) hasznlta az oszcilltorok ltagos energijnak a szmolsra.IntenzitsHullmhosszJohn William Strutt(1842-1919)mrt(5000 K)Ultraibolya katasztrfaRayleigh-Jeans(5000 K)

  • A kvantumfizika szletseA kvantumhipotzis megjelensePlanck: a sugrzst kibocst kis oszcilltorok csak egy adott energiaadag egsz szm tbbszrsvel rendelkezhetnek. (Az energia egy adott frekvencin csak meghatrozott adagokban, kvantlva terjedhet: E = nh). h = 6,6261034 Js, Planck-llandIntenzitsHullmhosszRayleigh-Jeans(5000 K)mrt(5000 K)

  • A kvantumfizika szletseA kvantumhipotzis megjelensePlanck: a sugrzst kibocst kis oszcilltorok csak egy adott energiaadag egsz szm tbbszrsvel rendelkezhetnek. (Az energia egy adott frekvencin csak meghatrozott adagokban, kvantlva terjedhet: E = nh). h = 6,6261034 Js, Planck-llandPlanck-Wien(5000 K)IntenzitsHullmhosszRayleigh-Jeans(5000 K)Az oszcilltorok csak akkor gerjesztdnek a fal ltal, ha legalbb h (egy fotonnyi) energit kapnak.

    A magasabb frekvencij oszcilltorok szmra nincs ennyi energia.

  • A kvantumfizika szletseA fotoelektromos effektus Az ultraibolya fnnyel megvilgtott fmekbl (bizonyos fmek esetn) elektronok lpnek ki, amiknek az energijt mrhetjk. Brmekkora is a sugrzs intenzitsa, az elektronok nem lpnek ki addig a fmbl, amg a sugrzs frekvencija meg nem haladja az adott fmre jellemz kszbrtket. Ha a sugrzs frekvencija a kszbrtk felett van, az elektronok azonnal kilpnek a fmbl. A kilp elektronok kinetikus energija linerisan fgg a sugrzs frekvencijtl, de nem fgg az intenzitstl. A kilp elektronok szma fgg a sugrzs intenzitstl.

    fmlemezfnyelektronok

  • A kvantumfizika szletseA fotoelektromos effektusfmlemezfnyelektronokXVII. sz.GrimaldiPardies Az ultraibolya fnnyel megvilgtott fmekbl (bizonyos fmek esetn) elektronok lpnek ki, amiknek az energijt mrhetjk. Brmekkora is a sugrzs intenzitsa, az elektronok nem lpnek ki addig a fmbl, amg a sugrzs frekvencija meg nem haladja az adott fmre jellemz kszbrtket. Ha a sugrzs frekvencija a kszbrtk felett van, az elektronok azonnal kilpnek a fmbl. A kilp elektronok kinetikus energija linerisan fgg a sugrzs frekvencijtl, de nem fgg az intenzitstl. A kilp elektronok szma fgg a sugrzs intenzitstl.

  • A kvantumfizika szletseA fotoelektromos effektusfmlemezfnyelektronok~1700NewtonHuygens Az ultraibolya fnnyel megvilgtott fmekbl (bizonyos fmek esetn) elektronok lpnek ki, amiknek az energijt mrhetjk. Brmekkora is a sugrzs intenzitsa, az elektronok nem lpnek ki addig a fmbl, amg a sugrzs frekvencija meg nem haladja az adott fmre jellemz kszbrtket. Ha a sugrzs frekvencija a kszbrtk felett van, az elektronok azonnal kilpnek a fmbl. A kilp elektronok kinetikus energija linerisan fgg a sugrzs frekvencijtl, de nem fgg az intenzitstl. A kilp elektronok szma fgg a sugrzs intenzitstl.

  • A kvantumfizika szletseA fotoelektromos effektusfmlemezfnyelektronokXIX. sz.Young Az ultraibolya fnnyel megvilgtott fmekbl (bizonyos fmek esetn) elektronok lpnek ki, amiknek az energijt mrhetjk. Brmekkora is a sugrzs intenzitsa, az elektronok nem lpnek ki addig a fmbl, amg a sugrzs frekvencija meg nem haladja az adott fmre jellemz kszbrtket. Ha a sugrzs frekvencija a kszbrtk felett van, az elektronok azonnal kilpnek a fmbl. A kilp elektronok kinetikus energija linerisan fgg a sugrzs frekvencijtl, de nem fgg az intenzitstl. A kilp elektronok szma fgg a sugrzs intenzitstl.

  • Bringing balance to the Force

    (Mace Windu) Az ultraibolya fnnyel megvilgtott fmekbl (bizonyos fmek esetn) elektronok lpnek ki, amiknek az energijt mrhetjk. Brmekkora is a sugrzs intenzitsa, az elektronok nem lpnek ki addig a fmbl, amg a sugrzs frekvencija meg nem haladja az adott fmre jellemz kszbrtket. Ha a sugrzs frekvencija a kszbrtk felett van, az elektronok azonnal kilpnek a fmbl. A kilp elektronok kinetikus energija linerisan fgg a sugrzs frekvencijtl, de nem fgg az intenzitstl. A kilp elektronok szma fgg a sugrzs intenzitstl.

    A kvantumfizika szletseA fotoelektromos effektusfmlemezfnyelektronok

  • A kvantumfizika szletseA Compton-effektus Rntgensugarak szrdst vizsglta elektronokon. A szrt sugrzs hullmhossza kiss nvekszik. A nvekeds rtke jl meghatrozott, egyetlen rtk. A nvekeds fgg a szrdsi szgtl, de nem fgg a bees sugrzs hullmhossztl.

    A fotonoknak nem csak energijuk, hanem impulzusuk is van:

    Az tkzs sorn az energia- s az impulzusmegmarads is rvnyesl:

    Arthur Holly Compton(1892-1962)aholaz elektron Compton-hullmhossza

  • Clinton Davisson s Lester Germer Kristlyokon elektronnyalbot vezettek keresztl. Diffrakcis kpet kaptak. Ha egy elektronnyalb polikristlyos anyagon elhajlst szenved, akkor a Debey-Scherrer gyrk lesznek az elhajlsi kpben az interferencia erstsi helyek. Az elhajlsi kp jl rtelmezhet a kristlydiffrakcit ler Bragg-egyenlet alapjn:

    (ahol d a rcslland, a rcssk s a bees sugr ltal bezrt szg, az elektron hullmhossza, k az elhajls rendje)A kvantumfizika szletseAz elektrondiffrakciClinton Davisson(1881-1958)Lester Germer(1896-1971)Visszavert elektronokelektronnyalb

  • A kvantumfizika szletseAz elektrondiffrakci Clinton Davisson s Lester Germer Kristlyokon elektronnyalbot vezettek keresztl. Diffrakcis kpet kaptak. Ha egy elektronnyalb polikristlyos anyagon elhajlst szenved, akkor a Debey-Scherrer gyrk lesznek az elhajlsi kpben az interferencia erstsi helyek. Az elhajlsi kp jl rtelmezhet a kristlydiffrakcit ler Bragg-egyenlet alapjn:

    (ahol d a rcslland, a rcssk s a bees sugr ltal bezrt szg, az elektron hullmhossza, k az elhajls rendje)

    Louis de Broglie: Minden rszecskhez rendelt egyfajta hullmhosszt:

    Louis de Broglie(1892-1987)

  • A kvantumfizika szletseElektrongyKetts rsFelvltva nyitjuk ki a rseket.Elektronok kristlyrcson trtn elhajlsaMindkt rs egyszerre van nyitva, interferencit ltunk. lland teljestmny rszecskeforrs. Az elektronnyalb olyan ritka, hogy benne a rszecskk klcsnhatsval nem kell szmolni.

  • A kvantumfizika szletseHeisenberg-fle hatrozatlansgi relci Egy rszecske helyt s impulzust (p = mv) egyidejleg nem mrhetjk meg tetszleges pontossggal, gy a klasszikus mechanikai lers (plya megadsa) nem lehetsges.

    Akrmilyen mrsi mdot vlasztunk is, a mrberendezs s a rszecske klcsnhatsa a mrt sajtsgokban bizonyos hatrozatlansgot okoz. Minl kisebb a hatrozatlansg az egyik mrt sajtsgban, annl nagyobb lesz a msikban.

    Matematikai formban:

    Makroszkopikus testeknl nem jr klnsebb kvetkezmnnyel, de atomi mretekben igen.

    aholreduklt Planck-lland

  • A kvantumfizika szletseHeisenberg-fle hatrozatlansgi relciaholm = 1 kgx = 10-4 m Sebessg bizonytalansga:v ~ 10-30 m/sreduklt Planck-lland

  • A kvantumfizika szletseHeisenberg-fle hatrozatlansgi relcim = 1 kgx = 10-4 m Sebessg bizonytalansga:v ~ 10-30 m/saholreduklt Planck-llandme = 9,110-31 kgx = 10-10 m Sebessg bizonytalansga:v ~ 106 m/s

  • A kvantumfizika szletseHeisenberg-fle hatrozatlansgi relciaholreduklt Planck-lland Semmilyen fizikai jelensg sem brzolhat tetszleges pontossggal, mint "klasszikus pontszer rszecske" vagy hullm. A mikroszkopikus helyzet leginkbb a hullm-rszecske kettssg alapjn rhat le, olyan esetekkel foglalkozik, amikor sem a rszecske, sem a hullmkp nem teljesen alkalmas megkzeltsi md. A hatrozatlansgi elvet nha hibsan gy magyarzzk, hogy a rszecske helynek mrse szksgkppen megzavarja a rszecske impulzust. A kvantummechanikai hatrozatlansgi mrs alapveten nemklasszikus jellemzit az Einstein-Podolsky-Rosen-paradoxonnak ksznheten tisztztk.

  • A kvantumfizika szletseHeisenberg-fle hatrozatlansgi relci

    EPR (EinsteinPodolskyRosen)-paradoxon: egy gondolatksret, amely szerint egy forrs kt elektront bocst ki, amelyek egyttes spinje nulla, s mindkett a pozitv s a negatv spin kvantum szuperpozcijban van, (azaz a kt rszecske sszefondott llapotban van). A rszecskk elgg eltvolodnak egymstl ahhoz, hogy fnysebessgnl lassabb klcsnhats ne jhessen kzttk szmtsba. Ha ezek utn a kt rszecske spinjt megmrjk a (tetszlegesen vlasztott) z tengely mentn, azt kapjuk, hogy ellenttes spinek. Ha az x tengely mentn mrjk meg, ugyanezt kapjuk. A msodjra mrt rszecsknl teht a mrs eredmnye determinisztikus (az els r