Číslo a název projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0619 OP: Vzdělávání pro konkurenceschopnostZvyšování vzdělanosti pomocí e-prostoru

Název a adresa školy Soukromá střední škola a jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Č. Budějovice, s.r.o., Jeronýmova 28/22,České Budějovice

Kód materiálu Klíčová aktivita III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Název materiálu 20. Fyzika mikrosvěta

Autor Mgr. Miroslav Dušek

Tematická oblast Fyzika mikročástic

Anotace Vzdělávací materiál je určen pro Obchodní akademii a Ekonomické lyceum Materiál obsahuje výklad k problematice úvodu do fyziky mikrosvěta a kvantové fyziky.

Ročník 2.ročník Obchodní akademie, Ekonomické lyceum

Datum tvorby září -říjen 2013

Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora

FYZIKA MIKROSVĚTA

ATOM• Látky se skládají z molekul a atomů• Rozměr – 10-10 m ( na úsečku 1cm se jich vejde 100 milionů !!)

• Tyto malé rozměry tvoří specifický svět – mikrosvět.• ( jiné fyzikální zákonitosti než makrosvět)

• Uvnitř atomu – elektrony ( v pohybu a mohou se z atomu uvolňovat

• Objevitel J.J.Thomson (1856-1940) – velikost náboje

qe = e = 1,602 .10-19C

me = 9,110 . 10-31 kgElektron je 1837 x lehčí než atom vodíku !

Elektromagnetické záření• atomy vyzáří ( ztrácí) část své energie –

světlo • vyzařují jen v určitých porcích – kvantech

– Max Planck (1858 – 1947) – energie - E = h.f– h…Planckova konstanta – 6,626 . 10-34 J.s– f…frekvence záření

• počátek kvantové fyziky – vysvětluje zákonitosti pohybu molekul a atomů

• základ fyziky mikrosvěta

Záření atomů – spektrální čáry• Atomy zahřátých plynů – záření určitých frekvencí –

vytváření sérií a zhušťování na straně kratších vlnových délek

• Frekvence čar série

R=3,29 . 1015 s-1 ..Rydbergerova frekvence

n>m….přirozená čísla

Spektrální série - skupina spektrálních čar, jejichž frekvence odpovídá stejné hodnotě čísla m

Stacionární stav – atom se nachází v určitých energetických hladinách ( záporná energie – elektron je v atomu vázán a k uvolnění je potřeba energii dodat např. třením…)

f Rm n

1 12 2

Energie stacionárních stavů• Energii atomů a částic měříme v elektronvoltech (eV)• Energetické hladiny se s rostoucím n zhušťují až k nulové energii• Při dalším zvýšení se energie stane kladnou a atom bude

ionizován. (elektron se oddělí a může nabývat libovolné energie)

• Energie E1 pro n=1…. 1.hladina, nejnižší energetická hladina (energie je kvantována)

• Čísla n – hlavní kvantová čísla

EE

nn 12

Kvantová čísla•Hlavní kvantové číslo n - udává energii elektronu, nabývá hodnot 1, 2, 3, 4, 5, •Vedlejší kvantové číslo l - může nabývat hodnot 0, 1, 2, 3,.. (n - 1), vedlejší kvantové číslo udává „tvar“ orbitalu• Magnetické kvantové číslo m - udává počet prostorových variací orbitalu, orientaci v prostoru, může se měnit v rozmezí od -l do +l (včetně nuly), např. pro l=2 může mít hodnoty -2, -1, 0, 1, 2•energie elektronu - závisí na hlavním i vedlejším kvantovém čísle degenerované orbitaly - orbitaly se stejnou energií (stejným n a l), ale různým m• Spinové magnetické kvantové číslo s (spin) - udává směr rotace elektronu, nabývá hodnot•elektrony s opačným spinem se přitahují

 

Kvantově mechanický model atomu

• - chování mikročástic, např. protonů nebo elektronů, se zásadně liší od chování těles běžných rozměrů a nedá se vystihnout klasickou (newtonovskou mechanikou), pro popis dějů v atomovém měřítku byla vypracována obecnější teorie - kvantová mechanika

Chování mikročástic

MaxBorn(1882-1970)

Ervin Schrödinger(1887-1961)

[1]

1) Kvantování energie

- energie mikročástic je v určitých případech kvantována a může nabývat pouze určitých hodnot, nemůže se měnit spojitě, ale skokem, mikročástice atomu (elektron) musí přijímat nebo vyzařovat energii po kvantech, nemůže získat pouze zlomek energetického kvanta

2) Duální charakteristika• - (korpuskulárně-vlnový mechanismus) - mikročástice se někdy chová jako částice a někdy jako vlna, vlnu nemůžeme lokalizovat v prostoru (projde 2 otvory najednou), platí pro ni skládání a ohyb, částice je lokalizovatelná v prostoru

Louis Victor de Broglie (1892-1987)

[2][3]

3) Heisenbergův princip neurčitosti• - není možné určit příští polohu mikročástice, náraz 1 fotonu na mikročástici změní její pohyb, po nárazu fotonu s co nejmenší energií (největší vlnovou délkou) dokážeme odhadnout, kde bude částice v dalším okamžiku po nárazu, ale nevíme, kde je teď, pokud použijeme foton s největší •energií (nejmenší vlnovou délkou),• tak dokážeme určit, kde je mikročástice• (elektron) v tomto okamžiku, ale nevíme,• kde bude po nárazu

Werner Karl Heisenberg [4]

Použité zdroje:

SVOBODA, Emanuel aj. Přehled středoškolské fyziky. 4. upravené vydání. Praha: Prometheus, 2006. 515 s. ISBN 80-7196-307-0.DOC.ING.IVAN ŠTOLL,CSC. - Fyzika (pro netechnické obory SOŠ a SOU)Prometheus 2007, 260 s. ISBN 978-80-7196-223-6učebnice s doložkou MŠMT čj.1 527/07-23 ze dne 2.4.2007AKADEMIK VLADIMÍR HAJKO, PROF.RNDR.JURAJ DANIEL-SZABO, CSC. - Základy fyzikyVEDA 1983 (Bratislava)

Použité obrázky:[1] Ervin Schrödinger , Max Born- [online]. 3. 9. 2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný na http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/26/Erwin_Schr%C3%B6dinger.jpg, http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f7/Max_Born.jpg/465px-Max_Born.jpg

[2] Luis Victor de Broglie , online]. 3. 9. 2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný na http://www.aetherwavetheory.info/images/physics/fluids/surface/hydrophobic/I12-20-surfacetension.jpg,

[3] pokus se dvěma štěrbinami[[online]. 3. 9. 2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný na http://www.aldebaran.cz/bulletin/2009_33/slits.gif

[4] Werner Karl Heisenberg [online]. 3. 9. 2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný na http://1.bp.blogspot.com/_IPV9zuUq13M/TEh6_AzaEiI/AAAAAAAAA70/e6QMjrNtJK0/s320/3870173.jpg