mozok.click » Фізика » Хвильові властивості матерії
Інформація про новину
  • Переглядів: 214
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 22:45
12-02-2018, 22:45

Хвильові властивості матерії

Категорія: Фізика

Гіпотеза де Бройля. У 1923 р. французький фізик Луї де Бройль(1892-1987) розширив уявлення про корпускулярно-хвильовий дуалізм. Усвідомлюючи існуючу у природі симетрію, він використав принцип симетрії і висловив таку гіпотезу. Оскільки світло поводить себе в одних випадках як хвиля, а в інших - як частинка, то й об’єкти природи, які ми вважаємо частинками (електрони та інші матеріальні тіла), мали б мати хвильові властивості.

Одним із вихідних аргументів для гіпотези де Бройля про хвильову природу матеріальних частинок, зокрема електронів, було те, що ця гіпотеза підтверджувала теорію Бора. Де Бройль припустив, що між корпускулярними і хвильовими характеристиками електрона існує такий самий зв’язок, як між відповідними характеристиками фотона, тобто довжина хвилі, що відповідає матеріальній частинці, пов’язана з її імпульсом співвідношенням

Або для частинки масою т, що рухається зі швидкістю

Величину X називають дебройлівською довжиною хвилі.

Кожному електрону в атомі, вважав де Бройль, відповідає стояча хвиля, яка виникає за умови, що на довжині колової орбіти має вкладатись ціле число довжин хвиль (мал. 279).

Довжина борівської орбіти радіусом гп дорівнює 2яг„, тому

Враховуючи, що

отримуємо 2яг„ =

звідки



Як видно, останній вираз є не чим іншим, як умовою квантування, введеною Н.Бором. Саме на основі цієї умови, обґрунтовується умова квантування енергії електрона в атомі. Таким чином, ідея де Бройля дозволяє пояснити квантування орбіт і станів у моделі атома Бора, іншими словами, корпускулярно хвильовий дуалізм закладено у самій структурі атома.

Слід зазначити, що корпускулярно-хвильовий дуалізм - це модель для пояснення властивостей матерії. Не слід вважати, що електрон можна вважати хвилею або частинкою у прямому розумінні. Хвиля, корпускула - це також моделі, які ми використовуємо для вивчення властивостей матерії. Підкреслимо, що хвилі де Бройля, пов’язані з рухомими частинками, не є електромагнітними хвилями, вони не мають ніякого відношення до поширення електромагнітного поля. Хвилі де Бройля мають специфічну квантову природу, яка не має аналогії у класичній фізиці.

Дебройлівська довжина хвилі звичайного тіла дуже мала, щоб її можна було виявити та виміряти. Так, наприклад, дебройлівська довжина хвилі м’яча масою 200 г, що летить зі швидкістю 15 м/с, становить приблизно 2,2-10 34 м. Згадайте, що типові хвильові властивості - інтерференція та дифракція - виявляються тільки у тому випадку, коли розміри предметів або щілин сумірні з довжиною хвилі. Оскільки нам невідомі предмети або щілини, на яких би могли дифрагувати хвилі довжиною 2,2-10 34 м, тому хвильові властивості звичайних тіл виявити не вдається.

Для тіл малої маси (наприклад, електронів) дебройлівська довжина хвилі має уже значно більше значення. Так, електрону, що рухається зі швидкістю 5,6-Ю6 м/с, відповідає дебройлівська довжина хвилі 1,2-Ю~10 м. Такі хвилі уже можна виявити експериментально.


 

Як показали дослідження, хвильові властивості мають не лише електрони, а й інші частинки - протони, нейтрони та ін.

Дифракція електронів. Оскільки міжатомні відстані в кристалі твердого тіла є величинами порядку 10 10 м і розташовані атоми в кристалі впорядковано, то кристал можна використати як дифракційну ґратку.

У 1927 р. американські фізики К. Девіссон і Л. Джермер досліджували відбивання електронів від монокристала нікелю (мал. 280, а). У проведених дослідах спостерігався неоднаковий розподіл відбитих пучків електронів. Отримані результати можна було пояснити як результат дифракції електронів. Незабаром, у 1928 р., англійський фізик Г. Томсон (син Дж. Том-сона) спостерігав дифракцію електронів під час проходження ними тонких металевих плівок. На мал. 280, б зображено дифракційну картину від розсіювання електронів на алюмінієвій фользі, а на мал. 280, в - аналогічну фотографію, отриману при опроміненні фольги рентгенівським випромінюванням.

Існування дифракції електронів незаперечно свідчить про хвильові властивості електронів.


 

Мал. 280. а - Схема досліду із дифракції електронів; б - дифракційна картина від розсіювання електронів на алюмінієвій фользі; в - дифракційна картина від розсіювання

рентгенівських променів

Дайте відповіді на запитання

1. Електрон та протон рухаються з однаковими швидкостями. Якій із цих частинок відповідає менша довжина хвилі?

2. Яке співвідношення між довжиною /1-ої орбіти електрона в атомі Гідрогену і довжиною X хвилі де Бройля, що характеризує електрон у цьому стані?

3. Про що свідчить дифракція електронів?






^