88
ΕΝΗΜΕΡΩΗ ας ενημερώνουμε ότι τα μαθήματα που παρέχονται από το Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών, στο πλαίσιο της εξ αποστάσεως εκπαίδευσης μπορεί να βιντεοσκοπούνται. Η βιντεοσκόπηση πραγματοποιείται για σκοπούς εκπαιδευτικούς και αρχειακούς. Σα βίντεο μπορεί να αναρτηθούν στο διαδίκτυο.

ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΕΝΗΜΕΡΩΗ

ας ενημερώνουμε ότι τα μαθήματα που

παρέχονται από το Γεωπονικό Πανεπιστήμιο

Αθηνών, στο πλαίσιο της εξ αποστάσεως

εκπαίδευσης μπορεί να βιντεοσκοπούνται. Η

βιντεοσκόπηση πραγματοποιείται για σκοπούς

εκπαιδευτικούς και αρχειακούς. Σα βίντεο μπορεί

να αναρτηθούν στο διαδίκτυο.

Page 2: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΤΓΦΡΟΝΗ ΥΤΙΚΗ

Page 3: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΔΙΔΑΚΣΙΚΟΙ ΣΟΦΟΙ

Να γνωρίσετε ορισμένα φαινόμενα που εξηγούνται με την κβαντική μηχανική.

Να κατανοήσετε ότι η κβαντική μηχανική εισάγει ένα νέο είδος αβεβαιότητας στις μετρήσεις.

Να γνωρίζετε την ερμηνεία και τις ιδιότητες των κυματοσυναρτήσεων.

Να μελετήσετε ορισμένα απλά κβαντομηχανικά συστήματα.

Να κατανοήσετε την αρχή λειτουργίας του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου.

Page 4: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

PLANCK 1900

Προκειμένου να εξηγήσει την

ακτινοβολία του μέλανος σώματος

αναγκάστηκε να υποθέσει ότι η

ακτινοβολία εκπέμπεται σε κβάντα

ενέργειας που είναι ανάλογα με τη

συχνότητα (f).

Page 5: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

PLANCK 1900

Μήκος κύμαηος (Å)

σπεριώδες Οραηό σπέρσθρο

Page 6: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

PLANCK 1900

Δηλαδή είναι

𝐸 = ℎ ∙ 𝑓

όπου h = 6,6256·10-34 J·s είναι

γνωστή ως σταθερά του Planck.

Page 7: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

EINSTEIN ΥΩΣΟΗΛΕΚΣΡΙΚΌ

ΥΑΙΝΌΜΕΝΟ 1905

Με βάση την ιδέα του Planck ο

Eisntein εξήγησε το φωτοηλεκτρικό

φαινόμενο που σχετίζεται με την

εξαγωγή e- από ένα μέταλλο με τη

βοήθεια του φωτός.

Page 8: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

EINSTEIN ΥΩΣΟΗΛΕΚΣΡΙΚΌ

ΥΑΙΝΌΜΕΝΟ 1905

Page 9: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

EINSTEIN ΥΩΣΟΗΛΕΚΣΡΙΚΌ

ΥΑΙΝΟΜΕΝΟ 1905

Πειραματικά είχε διαπιστωθεί ότι:

α) Δεν παράγονται e- όταν η συχνότητα είναι κάτω από μια ορισμένη τιμή.

β) Σο πλήθος των εκπεμπόμενων e- είναι ανάλογο της έντασης του φωτός.

γ) Η κινητική ενέργεια των εκπεμπόμενων φωτονίων είναι ανάλογη της συχνότητας.

Page 10: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

EINSTEIN ΥΩΣΟΗΛΕΚΣΡΙΚΌ

ΥΑΙΝΌΜΕΝΟ 1905

Η εξίσωση που περιγράφει το Υ.Υ.

είναι η διατήρηση της ενέργειας:

ℎ ∙ 𝑓 = 𝑊 +1

2∙ 𝑚𝑒 ∙ 𝑣

2

όπου W το έργο εξαγωγής για το

συγκεκριμένο μέταλλο.

Page 11: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

EINSTEIN ΥΩΣΟΗΛΕΚΣΡΙΚΌ

ΥΑΙΝΌΜΕΝΟ 1905

Σο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο δείχνει

ότι η ενεργειακή

αποτελεσματικότητα του φωτός

εξαρτάται από την συχνότητα και όχι

από την ένταση (όπως ήταν

αναμενόμενο με βάση την κλασική

θεωρία).

Page 12: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΥΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΤ ΑΥΟΡΟΤΝ ΣΗ

ΔΡΑΗ ΥΩΣΌ ΠΑΝΩ ΣΗΝ ΤΛΗ

Όλοι ξέρουμε π.χ. ότι μαυρίζουμε

όταν εκτεθούμε σε υπεριώδες φως, το

οποίο σημαίνει ότι οι χημικές

αντιδράσεις που προκαλούν το

μαύρισμα ενεργοποιούνται μόνο όταν

η συχνότητα της προσπίπτουσας

ακτινοβολίας υπερβεί μια τιμή.

Page 13: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΥΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΤ ΑΥΟΡΟΤΝ ΣΗ

ΔΡΑΗ ΥΩΣΌ ΠΑΝΩ ΣΗΝ ΤΛΗ

Για να γίνει μια τέτοια χημική

αντίδραση πρέπει να δοθεί στα

αντιδρώντα μόρια μια ελάχιστη

ενέργεια.

Page 14: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΥΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΤ ΑΥΟΡΟΤΝ ΣΗ

ΔΡΑΗ ΥΩΣΌ ΠΑΝΩ ΣΗΝ ΤΛΗ

Αν η Η/Μ ακτινοβολία είχε συνεχή

χαρακτήρα, τότε η απαιτούμενη

ενέργεια θα μπορούσε να

απορροφηθεί σιγά-σιγά και η

αντίδραση θα συνέβαινε ανεξάρτητα

από τη συχνότητα του προσπίπτοντος

φωτός.

Page 15: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΥΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΤ ΑΥΟΡΟΤΝ ΣΗ

ΔΡΑΗ ΥΩΣΌ ΠΑΝΩ ΣΗΝ ΤΛΗ

Δηλ. θα μαυρίζαμε ακόμα και δίπλα

σε μια ραδιοφωνική κεραία!

Page 16: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΥΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΤ ΑΥΟΡΟΤΝ ΣΗ ΔΡΑΗ

ΥΩΣΌ ΠΑΝΩ ΣΗΝ ΤΛΗ

Φωρίς την κβάντωση της Η/Μ

ακτινοβολίας, τα ηλεκτρόνια των

ατόμων και των μορίων θα

απορροφούσαν συνεχώς ενέργεια από

το φως οποιασδήποτε συχνότητας και

η ύπαρξη σταθερών μοριακών δομών

θα ήταν απολύτως αδύνατη.

Page 17: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΥΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΤ ΑΥΟΡΟΤΝ ΣΗ ΔΡΑΗ

ΥΩΣΌ ΠΑΝΩ ΣΗΝ ΤΛΗ

Η κβάντωση του φωτός είναι

αναγκαιότητα συνυφασμένη με την

ίδια την ύπαρξη μας.

Page 18: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΑΡΦΗ ΑΒΕΒΑΙΟΣΗΣΑ

Page 19: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

Η ΕΝΝΟΙΑ ΥΑΛΜΑ Ή

ΑΒΕΒΑΙΟΣΗΣΑ

την κλασική φυσική το σφάλμα σε

μια μέτρηση οφείλεται στα ατελή

όργανα ή στον παρατηρητή.

την φυσική των στοιχειωδών

σωματιδίων (κβαντομηχανική)

εισάγεται αβεβαιότητα που σχετίζεται

με το γεγονός ότι για να γίνει

μέτρηση θα πρέπει να συμβεί

αλληλεπίδραση.

Page 20: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΕΝΑ ΙΔΕΑΣΟ ΠΕΙΡΑΜΑ

Έστω ότι θέλουμε να παρατηρήσουμε

ένα ηλεκτρόνιο με τη βοήθεια ενός

μικροσκοπίου (ιδεατό πείραμα).

Θα πρέπει στο ηλεκτρόνιο να

προσπέσει τουλάχιστον ένα φωτόνιο.

Σο φωτόνιο όμως θα προσδώσει

ενέργεια στο ηλεκτρόνιο αλλάζοντας

την ταχύτητά του.

Page 21: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΕΝΑ ΙΔΕΑΣΟ ΠΕΙΡΑΜΑ

χηματικά

hf

e-

Πριν ηη

ζύγκροσζη

Μεηά ηη

ζύγκροσζη hf′

e-

Page 22: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΕΝΑ ΙΔΕΑΣΟ ΠΕΙΡΑΜΑ

Ο Heisenberg έδειξε ότι όσο

μειώνουμε το μήκος κύματος (για να

αυξήσουμε τη διακριτική ικανότητα)

οπότε εντοπίζουμε καλύτερα τη θέση

του ηλεκτρονίου, τόσο αυξάνουμε τη

συχνότητα οπότε το φωτόνιο έχει

μεγαλύτερη ενέργεια με συνέπεια να

μεταβάλλει πολύ περισσότερο την

ταχύτητα του ηλεκτρονίου.

Page 23: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

HEISENBERG ΑΡΦΗ ΑΒΕΒΑΙΟΣΗΣΑ

1927

Οι μετρήσεις στη θέση και την ορμή

ενός σωματιδίου δεν μπορούν να

γίνουν με μηδενική αβεβαιότητα

ταυτόχρονα.

Ισχύει ότι

∆𝑥 ∙ ∆𝑝 ≥ℎ

4 ∙ 𝜋

όπου ∆𝑥 η αβεβαιότητα στη θέση και

∆𝑝 η αβεβαιότητα στην ορμή.

Page 24: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΚΤΜΑΣΟΩΜΑΣΙΔΙΑΚΟ

ΔΤΙΜΟ

Page 25: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

DE BROGLIE ΚΤΜΑΣΟΩΜΑΣΙΔΙΑΚΟ

ΔΤΙΜΟ 1924

Όπως είδαμε το φως, που θεωρούνταν

κύμα, έχει σωματιδιακά

χαρακτηριστικά.

Μήπως συμβαίνει και το αντίστροφο,

δηλ. τα σωματίδια έχουν κυματικά

χαρακτηριστικά;

Page 26: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

DE BROGLIE ΚΤΜΑΣΟΩΜΑΣΙΔΙΑΚΟ

ΔΤΙΜΟ 1924

Ο L. de Broglie πρότεινε ότι

πράγματι τα σωματίδια έχουν

κυματικά χαρακτηριστικά.

Η σύνδεση μεταξύ κυματικών και

σωματιδιακών χαρακτηριστικών

γίνεται με τις εξισώσεις:

𝐸 = ℎ ∙ 𝑓

𝑝 =ℎ

𝜆

Page 27: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΥΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΤ ΑΥΟΡΟΤΝ ΣΗ ΔΡΑΗ

ΥΩΣΌ ΠΑΝΩ ΣΗΝ ΤΛΗ

Ο δυισμός που πρότεινε ο de Broglie

είναι ΓΕΝΙΚΟ χαρακτηριστικό της

ύλης.

Page 28: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

KBANTIKH MHXANIKH

Page 29: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΚΒΑΝΣΙΚΗ ΜΗΦΑΝΙΚΗ

Αφού τα σωματίδια έχουν κυματικά

χαρακτηριστικά, πρέπει να υπάρχει

μια θεωρία που να περιγράφει τα

ΚΤΜΑΣΙΚΑ χαρακτηριστικά των

σωματιδίων.

Η διατύπωση της θεωρίας αυτής

ολοκληρώθηκε περίπου το 1927 και

είναι η κβαντομηχανική.

Page 30: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΚΒΑΝΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΠΕΔΙΟΤ

Πρέπει επίσης να υπάρχει μια

θεωρία που να περιγράφει τα

ΩΜΑΣΙΔΙΚΑ χαρακτηριστικά των

κυμάτων.

Ολοκληρώθηκε το 1953 και είναι

γνωστή ως κβαντική θεωρία πεδίου.

Page 31: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΚΒΑΝΣΟΜΗΦΑΝΙΚΗ

Η εξίσωση που περιγράφει τις κυματικές

ιδιότητες των σωματιδίων που κινούνται στη

μια διάσταση είναι η εξίσωση Schrödinger

−ℎ2

8 ∙ 𝜋2 ∙ 𝑚∙𝑑2𝜓

𝑑𝑥2+ 𝑉 ∙ 𝜓 = 𝐸 ∙ 𝜓

όπου m η μάζα του σωματιδίου, V το

δυναμικό του πεδίου εντός του οποίου

κινείται, E η ολική του ενέργεια και ψ =

ψ(x) η ονομαζόμενη κυματοσυνάρτηση.

Page 32: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΚΒΑΝΣΟΜΗΦΑΝΙΚΗ

Η προηγούμενη εξίσωση είναι η

χρονοανεξάρτητη εξίσωση Schrödinger.

Δεν θα ασχολοηθούμε με την

χρονοεξαρτημένη εξίσωση Schrödinger.

Η εξίσωση Schrödinger μπορεί να

γενικευτεί για την περίπτωση ενός

σωματιδίου που κινείται στις τρείς

διαστάσεις.

Page 33: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΚΒΑΝΣΟΜΗΦΑΝΙΚΗ

Η εξίσωση Schrödinger μπορεί να

γενικευτεί για την περίπτωση ενός

σωματιδίου που κινείται στις τρείς

διαστάσεις.

Ένα τέτοιο σύστημα που θα

μελετήσουμε είναι το άτομο του

υδρογόνου.

Page 34: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΚΤΜΑΣΟΤΝΑΡΣΗΕΙ

Page 35: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

Η ΚΤΜΑΣΟΤΝΑΡΣΗΗ Ψ

Η κυματοσυνάρτηση 𝜓 είναι λύση

της εξ. Schrödinger.

τη συνάρτηση αυτή περιέχονται

όλες οι πληροφορίες που μπορούμε

να έχουμε για ένα σωματίδιο από την

κβαντική θεωρία.

Page 36: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

Η ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΣΗ Ψ

Σο νόημά της είναι ότι το 𝜓 2 ∙ 𝑑𝑥

δείχνει την πιθανότητα για το

ΩΜΑΣΙΔΙΟ να ανιχνευθεί μεταξύ x

και x+dx.

Αντιστοίχως, στις τρείς διαστάσεις,

το 𝜓 2 ∙ 𝑑𝑉 δείχνει την πιθανότητα

για το ΩΜΑΣΙΔΙΟ να ανιχνευθεί

μέσα σε στοιχειώδη όγκο dV.

Page 37: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

Η ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΣΗ Ψ

Η ίδια η συνάρτηση ψ δεν έχει

κάποιο νόημα και μπορεί να παίρνει

θετικές και αρνητικές τιμές.

Η 𝜓 2 προφανώς, ως πιθανότητα,

έχει πάντα θετικές ή μηδενικές

τιμές.

Page 38: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

Η ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΣΗ Ψ

Αν θέλουμε να υπολογίσουμε την

πιθανότητα να βρεθεί το σωματίδιο

μεταξύ των σημείων a και b καθώς

κινείται στον άξονα x θα πρέπει να

υπολογίσουμε το

𝜓 2 ∙ 𝑑𝑥

𝑏

𝑎

Page 39: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

Η ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΣΗ Ψ

Ουσιαστικά πρόκειται για το εμβαδό

στη γραφική παράσταση 𝜓 2 − 𝑥.

χηματικά

x

𝜓 2

Page 40: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΙΔΙΟΣΗΣΕ ΣΗ Ψ

Αφού η συνάρτηση ψ εκφράζει την

πιθανότητα, και δεδομένου ότι το

σωματίδιο βρίσκεται κάπου θα πρέπει

να ισχύει

𝜓 2 ∙ 𝑑𝑥

+∞

−∞

= 1

ή

𝜓 2 ∙ 𝑑𝑥 = 1.

Page 41: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΙΔΙΟΣΗΣΕ ΣΗ Ψ

Η ιδιότητα αυτή εκφράζει την

κανονικοποίηση της

κυματοσυνάρτησης.

Page 42: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΟΡΙΜΕΝΑ

ΜΟΝΟΔΙΑΣΑΣΑ

ΚΒΑΝΣΙΚΑ ΤΣΗΜΑΣΑ

Page 43: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΩΜΑΣΙΔΙΟ Ε

ΠΗΓΑΔΙ ΔΤΝΑΜΙΚΟΤ

ΑΠΕΙΡΟΤ ΒΑΘΟΤ

Page 44: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΩΜΑΣΙΔΙΟ Ε ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ

ΔΤΝΑΜΙΚΟΤ (ΚΟΤΣΙ)

Έστω ένα σωματίδιο που είναι

παγιδευμένο σε ένα (μονοδιάστατο)

κουτί μήκους L.

x 0 L

V=0

V= V=

Page 45: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΩΜΑΣΙΔΙΟ Ε ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ

ΔΤΝΑΜΙΚΟΤ (ΚΟΤΣΙ)

Ουσιαστικά πρόκειται για ένα

σωματίδιο (π.χ. e-) που είναι

παγιδευμένο σε ένα πηγάδι και

ανακλάται τελείως ελαστικά κάθε

φορά που προσπίπτει στα τοιχώματα.

Αυτό έχει ως συνέπεια να διατηρείται

η ενέργεια του.

Page 46: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΩΜΑΣΙΔΙΟ Ε ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ

ΔΤΝΑΜΙΚΟΤ (ΚΟΤΣΙ)

Ένα κλασικό ανάλογο είναι να

θεωρήσετε ότι μια χάντρα είναι

περασμένη σε ένα οριζόντιο λείο

σύρμα μήκους L που στα δύο άκρα

του έχει δύο εμπόδια που δεν

αφήνουν τη χάντρα να ξεφύγει.

Page 47: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΩΜΑΣΙΔΙΟ Ε ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ

ΔΤΝΑΜΙΚΟΤ (ΚΟΤΣΙ)

την περίπτωση αυτή αποδεικνύεται

(επιλύοντος την εξ. Schrödinger) ότι:

α) Η (κινητική) ενέργεια του

σωματιδίου είναι ΚΒΑΝΣΙΜΕΝΗ

και παίρνει τις τιμές

𝐸𝑛 =ℎ2

8 ∙ 𝑚 ∙ 𝐿2∙ 𝑛2 𝑛 = 1,2,3…

Page 48: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΩΜΑΣΙΔΙΟ Ε ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ

ΔΤΝΑΜΙΚΟΤ (ΚΟΤΣΙ)

β) Η χαμηλότερη τιμή ενέργειας ΔΕΝ

είναι η 𝐸𝑛 = 0 αφού 𝑛 ≠ 0. Η

ενέργεια αυτή ονομάζεται ενέργεια

μηδενικού σημείου.

Page 49: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΩΜΑΣΙΔΙΟ Ε ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ

ΔΤΝΑΜΙΚΟΤ (ΚΟΤΣΙ)

γ) Από την εξίσωση 𝐸𝑛 =ℎ2

8∙𝑚∙𝐿2∙ 𝑛2

παρατηρούμε ότι όταν m ή L πολύ

μεγάλα, τότε τα διαδοχικά

ενεργειακά επίπεδα θα απέχουν πολύ

λίγο μεταξύ τους.

Page 50: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΩΜΑΣΙΔΙΟ Ε ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ

ΔΤΝΑΜΙΚΟΤ (ΚΟΤΣΙ)

Πρόκειται για τις περιπτώσεις

ΜΑΚΡΟΚΟΠΙΚΩΝ ΩΜΑΣΙΔΙΩΝ

ή σωματιδίων ΕΓΚΛΕΙΜΕΝΑ Ε

ΜΑΚΡΟΚΟΠΙΚΑ ΚΟΤΣΙΑ οπότε

τα κβαντικά φαινόμενα είναι

αμελητέα και τα συστήματα

περιγράφονται με κλασικούς όρους.

Page 51: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΩΜΑΣΙΔΙΟ Ε ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ

ΔΤΝΑΜΙΚΟΤ (ΚΟΤΣΙ)

δ) Οι κυματοσυναρτήσεις που

μπορούν να περιγράφουν το

σωματίδιο όταν έχει ενέργεια En

είναι

𝜓𝑛 =2

𝐿∙ 𝑠𝑖𝑛

𝑛 ∙ 𝜋

𝐿∙ 𝑥 𝑛 = 1,2,3…

Page 52: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΩΜΑΣΙΔΙΟ Ε ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ

ΔΤΝΑΜΙΚΟΤ (ΚΟΤΣΙ)

χηματικά για τις πρώτες

κυματοσυναρτήσεις έχουμε

Page 53: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΩΜΑΣΙΔΙΟ Ε ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ

ΔΤΝΑΜΙΚΟΤ (ΚΟΤΣΙ)

Μπορούμε να σχεδιάζουμε αυτές τις

κυματοσυναρτήσεις καθώς μοιάζουν

με στάσιμα κύματα σε χορδή.

Η συνάρτηση 𝜓 παίρνει θετικές και

αρνητικές τιμές αλλά η συνάρτηση

𝜓 2 που δίνει την πιθανότητα είναι

παντού θετική.

Page 54: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΩΜΑΣΙΔΙΟ Ε ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ

ΔΤΝΑΜΙΚΟΤ (ΚΟΤΣΙ)

Η πιθανότητα να βρούμε το

σωματίδιο ΔΕΝ είναι παντού η ίδια

όπως αναμέναμε κλασικά.

Τπάρχουν θέσεις με μηδενική

πιθανότητα και με μέγιστη

πιθανότητα.

Page 55: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΩΜΑΣΙΔΙΟ Ε ΑΠΕΙΡΟΒΑΘΟ ΠΗΓΑΔΙ

ΔΤΝΑΜΙΚΟΤ (ΚΟΤΣΙ)

Οι κυματοσυναρτήσεις εξελίσσονται

χρονικά, αλλά δεν θα ασχοληθούμε

με τη χρονική τους εξέλιξη.

Page 56: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΜΟΝΣΕΛΟ ΣΟΤ

ΑΡΜΟΝΙΚΟΤ ΣΑΛΑΝΣΩΣΗ

Page 57: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΑΡΜΟΝΙΚΟ ΣΑΛΑΝΣΩΣΗ

(ΔΙΑΣΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ)

Ουσιαστικά πρόκειται για το

κβαντικό μοντέλο του αρμονικού

ταλαντωτή για τον οποίο γνωρίζουμε

ότι 𝑓 =1

2∙𝜋

𝑘

𝑚 .

Page 58: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΑΡΜΟΝΙΚΟ ΣΑΛΑΝΣΩΣΗ

(ΔΙΑΣΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ)

τη περίπτωση της κβαντομηχανικής

χρησιμοποιούμε το μοντέλο του

αρμονικού ταλαντωτή για να

μελετήσουμε ένα διατομικό μόριο στο

οποίο επιτρέπεται η δονητική

κίνηση.

Page 59: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΑΡΜΟΝΙΚΟ ΣΑΛΑΝΣΩΣΗ

(ΔΙΑΣΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ)

Σο μόριο αποτελείται από άτομα με

μάζες m1 και m2 ενώ ο δεσμός

λειτουργεί ως ελατήριο σταθεράς k.

m1 m2

k

Page 60: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΑΡΜΟΝΙΚΟ ΣΑΛΑΝΣΩΣΗ

(ΔΙΑΣΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ)

Ήδη στο πλαίσιο της κλασικής

μηχανικής αποδεικνύεται ότι η

συχνότητα δίνεται από τη σχέση

𝑓 =1

2∙𝜋

𝑘

𝜇

όπου 𝜇 =𝑚1∙𝑚2

𝑚1+𝑚2η ονομαζόμενη

ανηγμένη μάζα.

Page 61: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΑΡΜΟΝΙΚΟ ΣΑΛΑΝΣΩΣΗ

(ΔΙΑΣΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ)

Ήδη στο πλαίσιο της κλασικής

μηχανικής αποδεικνύεται ότι η

συχνότητα δίνεται από τη σχέση

𝑓 =1

2∙𝜋

𝑘

𝜇

όπου 𝜇 =𝑚1∙𝑚2

𝑚1+𝑚2 η ονομαζόμενη

ανηγμένη μάζα.

Page 62: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΑΡΜΟΝΙΚΟ ΣΑΛΑΝΣΩΣΗ

(ΔΙΑΣΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ)

Η εξ. Schrödinger επιλύεται για το

δυναμικό 𝑉 =1

2∙ 𝑘 ∙ 𝑥2 και δίνει ότι:

α)Η ενέργεια ειναι ΚΒΑΝΣΙΜΕΝΗ

και δίνεται από τη σχέση:

𝐸𝑣 = 𝑣 +1

2∙ ℎ ∙ 𝑓 𝑣 = 0,1,2, …

Page 63: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΑΡΜΟΝΙΚΟ ΣΑΛΑΝΣΩΣΗ

(ΔΙΑΣΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ)

β) Η χαμηλότερη τιμή ενέργειας και

πάλι ΔΕΝ μπορεί να είναι η 𝐸𝜈 = 0.

Η ενέργεια αυτή ονομάζεται ενέργεια

μηδενικού σημείου.

Page 64: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΑΡΜΟΝΙΚΟ ΣΑΛΑΝΣΩΣΗ

(ΔΙΑΣΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ)

γ) Οι κυματοσυναρτήσεις που

μπορούν να περιγράφουν το μόριο

είναι αρκετά πολύπλοκές και δεν θα

μας απασχολήσουν. Οι γραφικές τους

παραστάσεις όμως και πάλι μοιάζουν

με αυτές των στάσιμων κυμάτων.

Page 65: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΑΡΜΟΝΙΚΟ ΣΑΛΑΝΣΩΣΗ

(ΔΙΑΣΟΜΙΚΟ ΜΟΡΙΟ)

Αρμονικός

ηαλανηωηής

Δσναμικό &

Κσμαηοζσναρηήζεις

Page 66: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΜΟΝΣΕΛΟ ΚΒΑΝΣΙΚΟΤ

ΠΕΡΙΣΡΟΥΕΑ

Page 67: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΚΒΑΝΣΙΚΟ ΠΕΡΙΣΡΟΥΕΑ*

Πρόκειται για το κβαντικό μοντέλο

του αλτήρα δηλ. δύο άτομα που

συνδέονται με άκαμπτο τρόπο και

μπορούν να περιστρέφονται γύρω από

κάποιο άξονα που διέρχεται από το Ο.

Page 68: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΚΒΑΝΣΙΚΟ ΠΕΡΙΣΡΟΥΕΑ*

τη περίπτωση της κβαντομηχανικής

χρησιμοποιούμε το μοντέλο του

αλτήρα για να μελετήσουμε ένα

διατομικό μόριο στο οποίο

επιτρέπεται η περιστροφική κίνηση.

Page 69: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΚΒΑΝΣΙΚΟ ΠΕΡΙΣΡΟΥΕΑ*

Από την κλασική φυσική γνωρίζουμε

ότι η ροπή αδράνειας για άξονα από

το Ο είναι:

𝐼 = 𝑚1 ∙ 𝑟12 +𝑚2 ∙ 𝑟2

2 = 𝜇 ∙ 𝑟2

όπου 𝜇 =𝑚1∙𝑚2

𝑚1+𝑚2 η ανηγμένη μάζα.

Page 70: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΚΒΑΝΣΙΚΟ ΠΕΡΙΣΡΟΥΕΑ*

Η εξ. Schrödinger επιλύεται και

δίνει ότι η ενέργεια ειναι

ΚΒΑΝΣΙΜΕΝΗ και δίνεται από τη

σχέση:

𝐸𝐽 = 𝐽 ∙ 𝐽 +1

2∙

ℎ2

8 ∙ 𝜋2 ∙ 𝐼 𝐽 = 0,1,2, …

Page 71: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΟ

ΜΙΚΡΟΚΟΠΙΟ

Page 72: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΔΙΑΚΡΙΣΙΚΗ ΙΚΑΝΟΣΗΣΑ

ύμφωνα με το κριτήριο Rayleigh, η

«γωνιακή απόσταση» που πρέπει να

χωρίζει δύο σημεία, όταν αυτά

παρατηρούνται μέσα από ένα άνοιγμα

διαμέτρου d, ώστε να είναι διακριτά

είναι:

𝜃𝑚𝑖𝑛 =1,22 ∙ 𝜆

𝑑

Page 73: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΔΙΑΚΡΙΣΙΚΗ ΙΚΑΝΟΣΗΣΑ

Ο περιορισμός αυτός τίθεται από την

περίθλαση και σχηματικά έχουμε:

Page 74: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΔΙΑΚΡΙΣΙΚΗ ΙΚΑΝΟΣΗΣΑ

Αν χρησιμοποιήσουμε ορατό φως

προκύπτει ότι, υπό τις βέλτιστες

συνθήκες, η διακριτική ικανότητα

περιορίζεται περίπου στα 200 nm =

0,2 μm.

Ένας «χοντρικός» κανόνας είναι ότι

με φως μήκους κύματος λ μπορούμε

να διακρίνουμε λεπτομέρειες που

απέχουν επίσης λ.

Page 75: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΔΙΑΚΡΙΣΙΚΗ ΙΚΑΝΟΣΗΣΑ

Πως μπορούμε να αυξήσουμε τη

διακριτική ικανότητα;

Η διακριτική ικανότητα αυξάνει όσο

η ελάχιστη γωνία (θmin) μειώνεται,

καθώς αυτό σημαίνει ότι μπορούμε

να ξεχωρίζουμε σημεία που απέχουν

μικρότερη απόσταση μεταξύ τους.

Page 76: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΔΙΑΚΡΙΣΙΚΗ ΙΚΑΝΟΣΗΣΑ

Ένας από τους τρόπους να μειώσουμε

το θmin είναι να χρησιμοποιήσουμε

ακτινοβολία με μικρότερο μήκος

κύματος.

Ο άλλος τρόπος είναι να αυξήσουμε

το d, αλλά αυτό είναι συνήθως

δύσκολο τεχνολογικά.

Page 77: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΔΙΑΚΡΙΣΙΚΗ ΙΚΑΝΟΣΗΣΑ

Για διαφορετικούς λόγους δεν είναι

εύκολο ή δεν μπορούμε να

χρησιμοποιήσουμε

ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με

μικρότερο κύματος από το ορατό, δηλ.

υπεριώδεις, ακτίνες Φ ή ακτίνες γ.

Page 78: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΔΙΑΚΡΙΣΙΚΗ ΙΚΑΝΟΣΗΣΑ

Αντί αυτών, μπορούμε να

εκμεταλλευτούμε τις κυματικές

ιδιότητες των σωματιδίων.

ύμφωνα με την ιδέα του δυισμού,

του de Broglie, το μήκος κύματος που

συνδέεται με ένα σωματίδιο είναι ίσο

με 𝜆 =ℎ

𝑝.

Page 79: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΔΙΑΚΡΙΣΙΚΗ ΙΚΑΝΟΣΗΣΑ

Αυτό σημαίνει ότι όσο αυξάνει η

ορμή, δηλ. η ταχύτητα ή η ενέργεια

ενός σωματιδίου, τόσο μειώνεται το

μήκος κύματος.

Για παράδειγμα, ηλεκτρόνια με

ενέργεια 50 keV, έχουν μήκος

κύματος ίσο με 0,005 nm.

Page 80: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΔΙΑΚΡΙΣΙΚΗ ΙΚΑΝΟΣΗΣΑ

Αυτό σημαίνει ότι το μήκος κύματος

είναι πολύ μικρότερο από αυτό των

ορατών ακτινοβολιών (400 – 700 nm),

επομένως θα έχουμε μια πολύ μεγάλη

αύξηση της διακριτικής ικανότητας.

Page 81: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΔΙΑΚΡΙΣΙΚΗ ΙΚΑΝΟΣΗΣΑ

Page 82: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΟ ΜΙΚΡΟΚΟΠΙΟ

Σα βασικά μέρη ενός ηλεκτρονικού

μικροσκοπίου είναι μια πηγή

ηλεκτρονίων, ένας «συγκεντρωτικός

φακός», το στήριγμα του δείγματος,

ένας αντικειμενικός φακός και ένας

ανιχνευτής.

Όλα αυτά βρίσκονται σε υψηλό κενό.

Page 83: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΟ ΜΙΚΡΟΚΟΠΙΟ

χηματικά Παράγει και επιηατύνει ηα

e- ώζηε να αποκηήζοσν

καηάλληλη ενέργεια

Πρόκειηαι για μαγνηηικό

πεδίο ποσ εζηιάζει ηα e-

ζηο δείγμα

Θέζη δείγμαηος

Πρόκειηαι για μαγνηηικό

πεδίο ποσ ζσγκενηρώνει

ηα e-

τημαηίζεηαι η εικόνα

Page 84: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΟ ΜΙΚΡΟΚΟΠΙΟ

Page 85: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΑΝΣΙΣΟΙΦΙΕ ΟΠΣΙΚΟΤ &

ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΟΤ ΜΙΚΡΟΚΟΠΙΟΤ

Τπάρχουν

σημαντικές

ομοιότητες

μεταξύ των δύο

οργάνων

ΟΠΣΙΚΟ

ΜΙΚΡΟΚΟΠΙΟ

ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΟ

ΜΙΚΡΟΚΟΠΙΟ

Πηγή

Εζηίαζη

Δείγμα

Ανηικειμενικός

θακός

Page 86: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΣΤΠΟΙ ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΩΝ

ΜΙΚΡΟΚΟΠΙΩΝ

Τπάρχουν αρκετοί τύποι

ηλεκτρονικών μικροσκοπίων, αλλά

δύο είναι οι βασικοί τύποι

Πρόκειται για το ηλεκτρονικό

μικροσκόπιο διέλευσης (TEM) και το

ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης

(SEM).

Page 87: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΣΤΠΟΙ ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΩΝ

ΜΙΚΡΟΚΟΠΙΩΝ

το πρώτο (TEM) η

εικόνα σχηματίζεται

μετά από διέλευση

των ηλεκτρονίων από

το δείγμα.

το σχήμα φαίνεται

ένα ραβδοειδής ιός

(Filamentous

bacteriophage).

Page 88: ΕΝΗΜΕΡΩΗ - mediasrv.aua.gr · 2 ∙ 𝑒∙𝑣2 ... Σο μόριο αποτελείται από άτομα με μάζες m 1 και m 2 ενώ ο δεσμός λειτουργεί

ΣΤΠΟΙ ΗΛΕΚΣΡΟΝΙΚΩΝ

ΜΙΚΡΟΚΟΠΙΩΝ

το δεύτερο (SEM) η εικόνα

σχηματίζεται μετά από ανάκλαση των

ηλεκτρονίων στο δείγμα.

το σχήμα φαίνεται ο οφθαλμός μιας

μύγας.