View
34
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
UVOD U KVANTNU TEORIJU
1.) FOTOELEKTRIČKI EFEKT
2.) LINIJSKI SPEKTRI ATOMA
3.) BOHROV MODEL ATOMA
5.) ČESTICE I VALOVI
4.) CRNO TIJELO
UVOD U KVANTNU TEORIJU
Elektromagnetsko zračenje
Tc
1T
1%
c = 3 x 108 m s 1 (c = 299 792 458 m s 1 )
20 max
12
PI cEA
UVOD U KVANTNU TEORIJU
Spektar elektromagnetskog zračenja
Fotoelektrični efekt
H. Hertz 1887.Hallwachs i Lenard
Fotoelektrični efekt
i
i
λ > λmax - nema fotoefekta
putanja elektrona
smjer električnog polja
galvanometar
λ
λ
AC
a)
b) λ < λmax
λ
razlika potencijala
elektroni
- fotoefekt
1.Broj elektrona i jakost električne struja proporcionalne suintenzitetu zračenja.
2. Kinetička energija elektrona neovisna je o intenzitetu zračenja. (?)3.Maksimalna kinetička energija elektrona linearna je funkcijafrekvencije upadnog zračenja. (?)4. Zračenje većih valnih duljina od neke granične više ne uzrokujefotoefekt. (?) (Granična vrijednost ovisi o metalu)
A. Einstein 1905. E
hνΦ
Ek
k maxh E
k maxE h
Fotoelektrični efekt
Veći intenzitet – veći broj fotona – veći broj izbačenih elektrona.
Kinetička energija elektrona ne ovisi o broju upadnih upadnih fotona (I), već o njihovoj energiji.
Kinetička energija elektrona proporcionalna je energiji (frekvenciji) upadnih fotona.
Energija fotona manja je od izlaznog rada.
1. Broj elektrona i električna struja proporcionalne su intenzitetu zračenja.
2. Kinetička energija elektrona neovisna je o intenzitetu zračenja.
3. Maksimalna kinetička energija elektrona raste (linearno) s frekvencijom zračenja.
4. Zračenje većih valnih duljina od neke granične više ne uzrokuje fotoefekt.
Fotoelektrični efekt
metal
Al 4,3
Cu 4,7
Au 5,1
Ni 5,1
Si 4,8
Na 2,7
Φ / eV
Fotoelektrični efekt
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
5.00E+014
6.00E+014
7.00E+014
8.00E+014
/ Hz
U / V
y = 2.43139E+14x + 4.60604E+14R2 = 9.99887E-01
14 1 34 114 12, 43 10 C J s 6,59 10 J s
2,43 10 C J se ehh
Linijski spektri i Bohrov model atoma
e
Bohrov model atomaSPEKTROSKOP
Spektri atoma u vidljivom području elektromagnetskog zračenja
H2
He
Kr
Hg
Ne
H2O
Xe
Bohrov model atomaLINIJSKI SPEKTRI
Balmer
Bohrov model atoma
2
2/ Å 3645,6 ( = 3,4,5,6 ...)4
n nn
Balmerova serija atoma vodika
H 2 21 1 ( 2)2
R nn
%Rydberg
H
H
H
H
/nmlinija
Bohrov model atoma
656,3
486,1
434,1
410,20.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
1400000
1600000
1800000
2000000
2200000
2400000
2600000
m /
1/n2
y = -1.096885E+07x + 2.742523E+06R2 = 9.999998E-01
RH = 1.0968 × 107 m 1
SPEKTAR ATOMA VODIKA
ZnS
Bohrov model atoma1896. Joseph J. Thompson
1910. -1911. Ernest Rutherford
Planetarni model atoma - u suprotnosti sa zakonima klasične fizike
otkriće elektrona (atomi se sastoje od manjih čestica)plum-pudding model atoma
Bohrov model atoma
KLASIČNA FIZIKA:
Nejednoliko gibanje nabijenih čestica uzrokuje emisiju elektromagnetskog zračenja
e
1.) Stacionarna stanja
2.) ΔE = hν
3.) L = rmv = nħ
BOHROVI POSTULATI
2 2
20
14
mv er r
H T V
Bohrov model atoma
Ei > Ef
H T V2
2
0
21
4
mvT
eVr
Bohrov model atoma
H 0,9997RR
Bohrov model atoma
e pH
e p e
; m mR R
m m m
CM
uri i
i
ii
m rr
m
CM 0r 1 1 2 2m r m r
2i i
iI m r 2I r
Bohrov model atoma
Bohrov model atoma
Zračenje crnog tijela
Gustoća energije zračenja ρλ
Monokromator
Detektor(bolometar)
Detektor
ρλspektralna
gustoća
M egzitancija
Zračenje crnog tijela
Zračenje crnog tijela
ρλ spektralna gustoća zračenja
4
dEPdt
P I M TA Stefan- Boltzmannov zakon
λ
d /dE V
λ 0
( ) ( )lim E E
Nagib pravca
ynagib ax
y ax b
Zračenje crnog tijela
Nagib funkcije u točki T
0
( )( ) limx
f xf xx
Zračenje crnog tijela
0 2000 4000 6000 80000
2000
4000
6000
8000
10000
J m
4
/ nm
0 2000 4000 6000 80000.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
0.012
0.014
/ nm
(E/V
)/(J
/m3 )
Zračenje crnog tijela
λ
d /dE V
/E V
T = 2000 K
Gustoća energije zračenja ρλZračenje crnog tijela
2max 5
CT 2hcCk
Rayleigh i Jeans
4
8 kT
Zračenje crnog tijela
Apsorpcija i emisija rezultirastojnim valovima u šupljini
Prosječna energija oscilatora frekvencije ν jednaka je kBT
0 2000 4000 6000 80000
2000
4000
6000
8000
10000
J m
4
Planck Rayleigh
/ nm
4
8 kT
( )
( )
Rayleigh i Jeans
Max Planck
Zračenje crnog tijela
5
8
exp 1
hchckT
T = 2100 K
hch
Max Planck 1900.
5
8
exp 1
hchckT
Oscilatori primaju energiju samo u određenim višekratnicima frekvencije (kvantima)
Kad su kvanti veliki (visoka frekvencija, mala valna duljina) oscilatori se ne mogu pobuditi pri nižim temperaturama.
B
exp 1
hhk T
Valna priroda čestica
Louis-Victor de Broglie 1924.
hmv
fcE pc h h h
p
foton čestica
C. J. Davisson & L. Germer
hp 2ba
peVm
sind m 1, 2,3...m
sind
Difrakcija roentgenskihzraka ( = 71 pm, Al)
Difrakcija elektronazraka (Ek = 600 eV, Al)
- difrakcija (karakteristika valova) elektrona (čestica)
I
male valne duljineVelika količina gibanja
veće valne duljineMala količina gibanja
Valna priroda čestica
hp
PRIMJERI m / kg v / m s-1 p / kg m s-1 Λ
Zelena svjetlost 0 3 ·108 1,2·10-27 550 nm
Elektron 9,1 ·10-31 3 ·108 2,72 ·10-22 2,41 pm
NaCl1 mg
(v = 1 mm h-1)1 ·10-6 10-7 2,7 ·10-13 2,4·10-21 m
Valna priroda čestica
hph hp mv
Valna priroda čestica i Bohrov model atoma
2n rhp
} 2hrmv n
Valna priroda čestica
pukotina 1
pukotina 2
elektroni
difrakcijski uzorak (shematski prikaz intenziteta)
fotofilm 28 elektrona
1000 elektrona
10 000 elektrona
KVANTNA TEORIJA
Klasična fizika
Čestica se kreće u skladu sa zakonima klasične mahanike
(poznate koordinate i brzina čestice)
Energija sustava (čestice) može poprimiti bilo koji iznos (kontinuiranost energije)
-čestice i valovi su dva odvojena koncepta
EMZ
Eksperimenti
Zračenje crnog tijela
Fotoelektrički efekt
Linijski spektri
Model atoma
Valna priroda čestica
Električni naboj koji se giba nejednoliko izvor je elektromagnetskog zračenja
E = hν
Pitanja za ponavljanje
1. Kako su rezultati mjerenja EMZ crnog tijela doprinijeli razvoju kvantne kemije?2. O čemu ovisi energija gustoće zračenja u crnom tijelu?5. Kako je Max Planck objasnio spektar zračenja crnog tijela?
6. Što je fotoelektrični efekt?7. Kako su rezultati mjerenja fotoelektričnog efekta doprinijeli razvoju kvantne kemije?8. Einsteinovo objašnjenje fotoelektričnog efekta.
9. Što je elektromagnetsko zračenje?10. Kako se dobivaju emisijski spektri tvari?11. Koja je razlika između kontinuiranih i linijskih spektara?12. Kako pojava linija u spektrima ukazuje na kvantiziranost energije?13. Izvedite izraz za energije atoma po Bohrovom modelu.14. Opišite Thompsonov, Rutherfordov i Bohrov model atoma.15. Kako energija atoma vodika ovisi o glavnom kvantnom broju?16. Kako veličina atoma vodika prema Borovu modelu ovisi o glavnom kvantnom broju?
17. Objasnite de Brogliejevu hipotezu.18. Koji pokusi ukazuju na valnu prirodu čestica?
Recommended