bilety_s_1-10 (Билет РК №1 2018г с решением)

1 билет

1 вопрос

Тепловое излучение-испускание эл./магн. волн за счет внутренней энергии тела; имеет тепловой спектр, распределение по спектру зависит от t тела, может находится в термодинамическом равновесии с излучателем и к анализу такого излучения применимы законы термодинамики.Энергетическая светимость тела R(T)-поток энергии, испускаемый единицей поверхности излучающего тела по всем направлениям в пределах 2П стерадиан R= . R_T=∫₀^∞R_ν,Tdν Испускательная способность-поток энергии, испускаемый единичной поверхностью тела в интервале частот: = - . Поглощающая способность–безразмерная величина, хар-щая поглощенную долю падающего излучения в окрестности данной частоты: .Закон Кирхгофа-отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела; оно является для всех тел универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры / =f(w,T) .Закон Стефана-Больцмана-полная объемная плотность равновесного излучения и полная испускательная способность АЧТ -> R=σT⁴ . σ-постоянная Стефана-Больцмана = 5,67·10⁸ Вт/(м²·К⁴). Закон смещения Вина λ_мах=b/T, т.е. длина волны λ_мах, соответствующая максимальному значению спектральной плотности энергетической светимости черного тела, обратно пропорционально его термодинамической температуре,b- постоянная Вина =2,9·10^-3 м·К. Закон Вина обьясняет, почему при понижении температуры нагретых тел в их спектре сильнее преобладает длинноволновое излучение.

3Вопрос

Потенциа́льный барье́р — область пространства, разделяющая две другие области с различными или одинаковыми потенциальными энергиями. Характеризуется «высотой» — минимальной энергией классической частицы, необходимой для преодоления барьера.

Тунне́льный эффект— преодоление микрочастицей потенциального барьера в случае, когда её полная энергия (остающаяся при туннелировании неизменной) меньше высоты барьера. Явление исключительно квантовой природы, невозможное в классической механике и полностью противоречащее ей. Для его описания используют понятие коэффициента прозрачности D потенциального барьера, определяемого как отношение плотности потока прошедших частиц к плотности потока падающих; для барьера прямоугольной формы:D=D0*exp(- -где U— высота потенциального барьера,E— энергия частицы,l— ширина барьера,D₀— постоянный множитель, который можно приравнять единице. Из формулы =>, что D сильно зависит от массы т частицы, ширины l барьера и от (U—E); чем шире барьер, тем меньше вероятность прохождения сквозь него частицы. Для потенциального барьера произвольной формы: D=D0*exp(-

2 билет

1 вопрос

Дискретный характер испускания и поглощения электромагниного теплового излучения веществом

Спонтанное излучение или спонтанное испускание — процесс самопроизвольного испускания электромагнитного излучения квантовыми системами (атомами,молекулами) при их переходе из возбуждённого состояния в стабильное.Спонтанное испускание фотона: Частота спонтанного электромагнитного излучения ν_ik определяется разностью энергий i-ого и k-ого уровней системы: E_i− E_k= hν_ik. Если населённость уровня с энергией E_i равна N_i, то мощность спонтанного излучения равна: . Полная вероятность спонтанного излучения: Ai= . Вынужденное излучение - индуцированное излучение, испускание электромагнитного излучения квантовыми системами под действием падающего на них излучения. Фотоны, испускаемые при В. и., совпадают по частоте, направлению распространения и поляризации с фотонами, вынуждающими их испускание.Гипотеза Планка состоит в том, что излучение испускается и поглощается порциями энергии (квант энергии). E=h, h=6,6*10^-34, Джс – постоянная Планка.h=h/2=1,05*10^-34 Джс, E=h.

Дискретность: .ФормулаПланка:

Замечания: R=f_(,T)d=T⁴  =(k,c,h)=5,67*10^-8 Вт/м²Кл⁴ – постоянная Стефана-Больцмана. Закон Вина: f_(,T)  _(,Т), d_/d=0 Ищем максимум:  _max=b/T, b= 2,9*10^-3 м/Кл.

Закон Кирхгофа-отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела; оно является для всех тел универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры / =f(w,T) .Закон Стефана-Больцмана-полная объемная плотность равновесного излучения и полная испускательная способность АЧТ -> R=σT⁴ . σ-постоянная Стефана-Больцмана = 5,67·10⁸ Вт/(м²·К⁴). Закон смещения Вина λ_мах=b/T, т.е. длина волны λ_мах, соответствующая максимальному значению спектральной плотности энергетической светимости черного тела, обратно пропорционально его термодинамической температуре,b- постоянная Вина =2,9·10^-3 м·К. Закон Вина обьясняет, почему при понижении температуры нагретых тел в их спектре сильнее преобладает длинноволновое излучение.

 3 вопрос

Электроны проводимости в металле находятся в беспорядочном движении. Наиболее быстро движущиеся электроны, обладающие достаточно большей кинетической энергией, могут вырываться из металла в окружающее пространство. При этом они совершают работу как против сил притяжения со стороны избыточного положительного заряда, возникающего в металле в результате их вылета, так и против сил отталкивания со стороны ранее вылетевших электронов, образующих вблизи поверхности проводника электронное “облако”. Между электронным газом, в металле и электронным «облаком” устанавливается динамическое равновесие. Работу, которую нужно совершить для удаления электрона из металла в вакуум называют работой выхода. Она равна А=eφ, где е -заряд электрона,φ-потенциал выхода. Работа выхода производится электронами - за счет уменьшения их кинетической энергии. Поэтому понятно, что медленно движущиеся электроны вырваться из металла не могут. Работа выхода зависит от химической природы металла и состояния его поверхности загрязнения, следы влаги и пр. изменяют ее величину. Для чистых металлов работа выхода колеблется в пределах нескольких электронвольт. Электрон проводимости может вылететь из какого либо металла в том случае, если его энергия Wn превышает работу выхода А электрона из металла. Явление испускания электронов нагретыми металлами называется термоэлектронной эмиссией. Работа выхода во внешнем фотоэффекте - минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества под действием света.Единицами измерения работы выхода являются Джоуль (Дж) или электронвольт (эВ).

3 билет

1 вопрос

Фотоэффе́кт— это испускание электронов веществом под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.Законы фотоэффекта: 1-го закон фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку, освещающему металл.2 закон фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света 0 (или максимальная длина волны λ₀), при которой ещё возможен фотоэффект, и если <0 то фотоэффект уже не происходит.формула Эйнштейна для фотоэффекта:h=Авых+Ек. Где Авых — т. н. работа выхода (минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из вещества), Ек — кинетическая энергиявылетающего электрона. — частота падающего фотона с энергией h,h— постоянная Планка.. Суть формулы заключается в том, что энергия фотона расходуется на ионизацию атома вещества и на работу, необходимую для «вырывания» электрона, а остаток переходит в кинетическую энергию электрона. Энергия фотона ε₀=hν/c². Его масса находится из закона взаимосвязи массы и энергии m_γ=hν/c².Из отношения E=ħω следует,что 1)масса покоя фотона равна0 2)фотон всегда движется со скоростью p=ħ2π/λ=ħk(k-волновое число. р и к направлены в сторону распространения волны.Свет, обладая одновременно корпускулярными и волновыми свойствами, обнаруживает определенные закономерности в их проявлении. Так, волновые свойства света проявляются в закономерностях его распространения, интерференции, дифракции, поляризации, и корпускулярные - в процессах взаимодействия света с веществом. Чем больше длина волны, тем меньше энергия и импульс фотона и тем труднее обнаруживаются квантовые свойства света( с этим связано существование красной границы фотоэффекта).

3 вопрос

Квантовые числа – целые или дробные числа, определяющие возможные значения физических величин, характеризующих квантовую систему (молекулу, атом, атомное ядро, элементарную частицу). Квантовые числа отражают дискретность (квантованность) физических величин, характеризующих микросистему. Набор квантовых чисел, исчерпывающе описывающих микросистему, называют полным. Так состояние электрона в атоме водорода определяется четырьмя квантовыми числами: главным квантовым числом n (может принимать значения 1, 2, 3, …), определяющим энергию Еn электрона (Еn = -13.6/n2 эВ); орбитальным квантовым числом l = 0, 1, 2, …, n – 1, определяющим величину L орбитального момента количества движения электрона (L = [l(l + 1)]1/2); магнитным квантовым числом m < ± l , определяющим направление вектора орбитального момента; и квантовым числом ms = ± 1/2, определяющим направление вектора спина электрона.n Главное квантовое число: n = 1, 2, … .

4 билет

1 вопрос

Эффектом Комптона наз.упругое рассеяние коротковолнового электромагнитного излучения на свободных электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны. Комптон экспериментально доказал Δλ=λ`-λ=2λ<sub>c</sub>sin<sup>2</sup>(θ/2)( λ`-длина волны рассеянного излучения, λ-длина волны падающего света, λ_с- комптоновская длина волны( при рассеянии фотона на электроне λ_с=2,426 пм). Эффект Комптона не может наблюдаться в видимой области спектра, поскольку энергия фотона видимого света сравнима с энергией связи электрона с атомом, при этом даже внешний электрон нельзя считать свободным. Эффект Комптона наблюдается не только на электронах, но и на других заряженных частицах, например на протонах, однако из-за большой массы протона его отдача просматривается лишь при рассеянии фотонов с очень высокой энергией.

Свет, обладая одновременно корпускулярными и волновыми свойствами, обнаруживает определенные закономерности в их проявлении. Так, волновые свойства света проявляются в закономерностях его распространения, интерференции, дифракции, поляризации, и корпускулярные - в процессах взаимодействия света с веществом. Чем больше длина волны, тем меньше энергия и импульс фотона и тем труднее обнаруживаются квантовые свойства света( с этим связано существование красной границы фотоэффекта).

3 вопрос

Энергия ионизации — разновидность энергии связи или, как её иногда называют, первый ионизационный потенциал (I₁), представляет собой наименьшую энергию, необходимую для удаления электрона от свободного атома в его низшем энергетическом (основном) состоянии на бесконечность.Энергия ионизации является одной из главных характеристик атома, от которой в значительной степени зависят природа и прочность образуемых атомом химических связей. От энергии ионизации атома существенно зависят также восстановительные свойства соответствующего простого вещества.Для многоэлектронного атома существуют также понятия второго, третьего и т. д. ионизационных потенциалов, представляющих собой энергию удаления электрона от его свободных невозбуждённых катионов с зарядами +1, +2 и т. д. Эти ионизационные потенциалы, как правило, менее важны для характеристики химического элемента.Энергия ионизации всегда имеет эндоэнергетическое значение (это понятно, так как чтобы оторвать электрон от атома, требуется приложить энергию, самопроизвольно это произойти не может).На энергию ионизации атома наиболее существенное влияние оказывают следующие факторы:1)эффективный заряд ядра, являющийся функцией числа электронов в атоме, экранирующих ядро и расположенных на более глубоко лежащих внутренних орбиталях;2)радиальное расстояние от ядра до максимума зарядовой плотности наружного, наиболее слабо связанного с атомом и покидающего его при ионизации, электрона;3)мера проникающей способности этого электрона;4)межэлектронное отталкивание среди наружных (валентных) электронов.На энергию ионизации оказывают влияние также и менее значительные факторы, такие, как квантовомеханическое обменное взаимодействие, спиновая и зарядовая корреляция и др.

Энергии ионизации элементов измеряется в Электронвольт на 1 атом или в Джоуль на моль.