Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 129
Текст из файла (страница 129)
Как объяснить одностороннюю проводимость р-и-перехода? Какова вольт-амперная характеристика р-я.перехода? Объясните возникновение прямого н обратного тока. Какое направление в полупроводниковом диоде является пропускным для така? Почему через полупроводниковый диод проходит ток )хотя и слабый) даже при запнраюшем напряжении? я Ю Ф 31.1.
Германиевый образец нагревают от 0 до 17'С. Принимая ширину запрещенной зоны кремния 0,72 эВ, определить, во сколько раз возрастет его удельная проводимость. )В 2,45 раза) 31.2. В чистый кремний введена небольшая примесь бора, Пользуясь Периодической системой Д. И. Менделеева, определить и объяснить тип проводимости примесного кремния. 3!.3.
Определить длину волны, при которой в примесном полупроводнике еше возбуждается фото- проводимость. Глава 32 Элементы физики атомного ядра 2261. Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое числа Э. Резерфорд, исследуя прохождение сх-частиц с энергией в несколько мегаэлек. трон-вольт через тонкие пленки золота (см. $208), пришел к выводу о том, что атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. Проанализировав эти опыты, Резерфорд также показал, что атомные ядра имеют размеры примерно 10 ы — 10 ы м (линейные размеры атома примерно 10 — ы ) Атомное ядро состоит из элементарных частиц — протонов и нейтронов (про.
тонно-нейтронная модель ядра была предложена советским физиком Д. Д, Иваненко (р. 1904), а впоследствии развита В. Гейзенбергом). Протон (Р) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу покоя лз,=1,6726 1О "кг яв1836гл„где гп, — масса электрона. Нейтрон (и)— нейтральная частица с массой покоя лг„= 1,6749 10 " кг яэ 1839лг,.
Протоны и нейтроны называются муклоиамн (от лат. ппс1еоз — ядро). Общее число нуклонов в атомном ядре называется массовым числом А. Атомное ядро характеризуется зарядом 2е, где е — заряд протона, 2 — зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Менделеева.
Из- Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц вестные в настоящее время 107 элементов таблицы Менделеева имеют зарядовые числа ядер от 2=1 до 2=107. Ядро обозначается тем же символам, что н нейтральный атом: ~зХ, где Х— символ химического элемента, У вЂ” атомный номер (число протонов в ядре), А— массовое число (число нуклонов в ядре). Сейчас протонно-нейтронная модель ядра ие вызывает сомнений. Рассматривалась также гипотеза о протонно-электронном строении ядра, но оиа не выдержала экспериментальной проверки. Так, если придерживаться этой гипозезы, то массовое число А должно представлять собой число протонов в ядре, а разность между массовым числом н числом электронов должна быть равна заряду ядра.
Згз модель согласовывалась са значениями изотопных масс н зарядов, но противоречила значениям спиноз и магнитных моментов ядер, энергии связи ядра н т. д, Кроме гаго, она оказалась несовмес~имой с соотношением неопределенностей (см. $215). В результате гипотеза о протонно-электронном строении ядра была отвергнута. Так как атом нейтрален, то заряд ядра определяет и число электронов в атоме. От числа же электронов зависит их распределение по состояниям в атоме, от которого, в свою очередь, зависят химические свойства атома. Следовательно, заряд ядра определяет специфику данного химического элемента, т. е. определяет число электронов в атоме, конфигурацию их электронных оболочек, величину и характер внутриатомного электрического поля.
Ядра с одинаковыми 2, но разными А (т. е. с разными числами нейтронов М= гОз 7. Элементы физики атнмиаы> нлрз н элементарных часгнн А — 7) называются нзотопами, а ядра с одинаковыми А, но разными 7 — изобарами. Например, водород (7 = 1) имеет три изотопа: 1Н вЂ” протий (7= 1, Л!=О), [Н вЂ” дейтерий (7= 1, Ф= 1),'",Н вЂ” тритий (7 = 1, б1= 2), олово — десять, и т. д, В подавляющем большинстве случаев изотопы одного и того же химического элемента обладают одинаковыми химическими и почти одинаковыми физическими свойствамн (исключение составляют, например, изотопы водорода), определяющимися в основном структурой электронных оболочек, которая является одинаковой для всех изотопов данного элемента. Примером ядер-изобар могут служить ядра рВе, оВ, ю ю ~о оС. В настоящее время известно более 2000 ядер, отличающихся либо 7, лнбоА, либо тем и другим.
Радиус ядра задается эмпирической формулой )7=)7о А Рз (251 1) где )7о=(1,3 —:1,7) 1О "м. Однако при употреблении этого термина нсобходнмо соблюдать осторожность (из-за его неоднозначности, например из-за размытости границы ядра). Из формулы (251.1) вытекает, что объем ядра пропорционален числу нуклонов в ядре. Следовательно, плотность ядерного вещества примерно одинакова для всех ядер (ж)0" кг/мг). $252.
Дефект массы и энергия связи ядра Исследования показывают, что атомные ядра являются устой <изыми образования- . ми. Это означает, что в ядре между нуклонами существует определенная связь. Массу ядер очень точно можно определить с помощью масс-спектрометров— измерительных приборов, разделяющих с помощью электрических и магнитных полей пучки заряженных частиц (обычно ионов) с разными удельными зарядамн г,г/нг.
Масс-спектрометрические измерения показали, что масса ядра меньше, чем сумма масс составляющих его нуклоноа. Но так как всякому изменению массы (см. $40) должно соответствовать измене- нне энергии, то, следовательно, при образовании ядра должна выделяться определенная энергия.
Из закона сохранения энергии вытекает н обратное: для разделения ядра на составные части необходимо затратить такое же количество энергии, которое выделяется при его образовании. Энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоиы, называется энергией связи ядра (сч. $40). Согласно выражению (40.9), энергия связи нуклонов в ядре Ер„=[7~ +(А — 7)~„— ~„! сг, (252.1) где тм т„т, — соответственно массы протона, нейтрона и ядра. В таблицах обычно приводятся не массы т.
ядер, а массы т атомов. Поэтому для энергии связи ядра пользуются формулой Е,р =[7нгн+ (А — Я) ш„— т) г~, (2522) где тн. — масса атома водорода. Так как нгн больше нг на величину т,, то первый член в квадратньи скобках включает в себя массу 7 электронов. Но так как масса атома т отличается от массы ядра и. как раз иа массу 7 электронов, то вычисления по формулам (252.1) и (252.2) приводят к одинаковым результатам. Величина Ьнг=[7рпр+(А 7) т ) нг называется дефектом массы ядра На эту величину уменьшается масса всех нуклонов при образовании из них атомного ядра.
Часто вместо энергии связи рассматривают удельную энергию связи бЕ,.— энергию связи, отнесенную к одному нуклону. Она характеризует устойчивость (прочность) атомных ядер, т. е. чем больше бЕнм тем устойчивее ядро. Удельная энергия связи зависит от массового числа А элемента (рис. 342). Для легких ядер (А ~~ !2) удельная энергия связи круто возрастает до 5 †: 7 Мэй, претерпевая целый ряд скачков (например, для,Н бЕ,. = г 1,1 МзВ, для гНе — 7,1 МэВ, для "г(.1 — 5,3 МэВ), затем более медленно возрастает до максимальной величины 409 Г л р в а 32. Элементы физики атомного ядра ге э иэд Рнс.
З42 ла ат ггл нв ггв гм 8,7 МэВ у элементов с А = 50 пс60, а потом постепенно уменьшается у тяжелых элементов (например, для ~~з() она составляет 7,6 МэВ). Отметим для сравнения, что энергия связи валентных электронов в атомах составляет примерно 10 эВ (в 1О'! раз меньше). Уменьшение удельной энергии связи при переходе к тяжелым элементам объясняется тем, что с возрастанием числа протонов в ядре увеличивается и энергия нх кулаковского отталкивания. Поэтому связь между нуклонами становится менее сильной, а сами ядра менее прочными.
Наиболее устойчивыми оказываю ся так называемые магические ядра, у которых число протонов или число нейтронов равно одному нз магических чисел: 2, 8, 20, 28, 50, 82, !26. Особенно стабильны дважды магические ядра, у которых магическими являются и число протонов, и число нейтронов (этих ядер насчитывается всего пять; зНе, „О, зрСа, здСа, згРЬ). 4 16 40 44 ЗОЗ Из рис. 342 следует, что наиболее устойчивыми с энергетической точки зрения являются ядра средней части таблицы Менделеева. Тяжелые и легкие ядра менее устойчивы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
