ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE

Fotoelektrony są to elektrony które są uwalniane z powierzchni materiału przez światło, natomiast sam fakt ich uwalniania się nazywa się zjawiskiem fotoelektrycznym albo fotoemisją.

W momencie wybicia się energia kinetyczna elektronu równa jest:

mV2 = U0e

Od czego uzależniona jest prędkość bardzo szybkich elektronów ?

-od długości fali promieniowania, które na nie pada

-im większa częstotliwość (krótsza fala), tym prędkość jest większa

-zjawisko fotoelektryczne będzie zachodziło wówczas jeżeli częstotliwość będzie większa niż pewną wartość graniczna

-szybkość nie jest uzależniona od natężenia światła, które pada , od niego uzależniona jest jedynie liczba fotoelektronów zatem prąd.

RÓWNANIE EINSTEINA-MILLIKANA

Energia padającego kwantu przechodzi na pracę wyjścia elektronu z metalu oraz nada mu szybkość (energia kinetyczna).

Eh= W + (mVm2/2)

h- jest to kwant

WŁAŚCIWOŚCI FOTONU.

Foton - jest to kwant światła

Energia fotonu - Ef = h, h = 6,62510-34 Js

Pęd fotonu - pf = mc

Masa fotonu - mf = E/c2 = h/c2 = h/c

E = mc2

Energia całkowita ciała - E = EO + EK

EO - energia spoczynkowa

EK - energia kinetyczna

DUALIZM KORPUSKULARNO - FALOWY

Dualizm korpuskularno - falowy znaczy , iż :

- fala elektromagnetyczna posiada charakter falowy (uginanie się fal , nakładanie się fal) oraz równocześnie posiada charakter korpuskularny (E, p, m) (zjawisko fotoelektryczne , zjawisko Comptona)

- tak samo prawie jak cząsteczka elementarna posiada oprócz charakteru korpuskularnego charakter falowy. Fale materii de Brogli'a. Dyfrakcja (ugięcie) elektronów - eksperyment Davissona-Garmera.

Dualizm korpuskularno - falowy znaczy, że mamy do czynienia z dwoistym charakterem materii.

POSTULATY BOHRA.

Postulaty:

1) Są w atomie orbity, po których elektrony krążąc, nie tracą one przy tym energii. Elektrony na tych (dozwolonych) orbitach spełniają równanie:

mVnrn = n(h/2) - moment pędu

2) kiedy elektron będzie miał energię to będzie mógł przeskoczyć na wyższą orbitę a gdy będzie wracał będzie wysyłał energię :

h= Em - En

z "m" na "n"

PROMIENIE ORBIT ATOMU WODORU.

mVnrn = nh/2, A = h/2,

mVn2/rn = ke2/r n2

0 - bezwzględny współczynnik przenikania próżni

rn = r1n2 , r1=53pm

ENERGIA ELEKTRONU NA N-TEJ ORBICIE.

EK = mVn2/2

En = E1(1/n2) , E1 = -13,6 eV

E = 0

E3 = -1,6 eV poziomy

E2 = -3,4 eV energetyczne

E1 = -13,6 eV

E = 13,6 eV - energia jonizacji atomu wodoru

WZÓR BALMERA.

R = 1/[R(1/n2 - 1/m2)] , m>n

R = 10,97 m-1 =11 m-1

Lambda () jest dłuto długość fali wysyłanej przy przeskoku elektronu z powłoki (orbity) "m" na "n".

Linie serii Lymana - n=1

Linie serii Balmera - n=2

Linie serii Paschena - n=3

Linie serii Balmera zalicza się do pasma światła widzialnego , Lymana do nadfioletu , natomiast Paschena do podczerwieni.

PROMIENIE ROENTGENA

Gdyby była taka sytuacja, że cała praca przeszła na wyrób energii to zostałby wytworzony kwant.

Ue = h

U = c/e

g = hc/Ue

g - graniczna długość (minimalna) widma ciągłego

Widmo ciągłe nazywa się widmem hamowania ponieważ pojawia się na skutek hamowania elektronów poprzez anodę.

Widmo charakterystyczne (liniowe) - pojawia się na skutek wzbudzenia bliższych jądra elektronów w atomach anody. Jest ono charakterystyczne ponieważ cechuje się ono typem substancji antykatody. Kolejna substancja da inne układy linii charakterystycznych.

WYKORZYSTANIE PROMIENI ROENTGENA.

Pierwiastki wchłaniają promienie X tym bardziej im większa jest liczba atomowa jakiegoś pierwiastka.

X: max = 10 nm , min = 0,001 nm

1) wykorzystuje się je w medycynie

2) do prześwietlania metali

3) wykorzystuje się je w badaniach naukowych : analiza budowy kryształów

JĄDRA ATOMU

1) Wykrycie jądra atomu - bombardowanie cieniutkiej folii złota cząstkami alfa.

2) Konstrukcja oraz skład jądra atomu.

Jądro złożone jest z protonów (11p) oraz neutronów (10n) , które razem nazywa się je nukleonami. Masa protonu oraz neutronu jest bardzo zbliżona. Neutron posiada masę trochę większą niż protonu , proton posiada ładunek dodatni , natomiast neutron nie posiada w ogóle ładunku , jest obojętny.

A - masa atomowa , liczba masowa , liczba nukleonów

X

Z - liczba atomowa , liczba protonów

N = A - Z - liczba neutronów

Jądra jakiegoś pierwiastka są w stanie różnić się liczbą neutronów , są to tzw. izotopy, pośród których rozróżnia się także promieniotwórcze nazywane radioizotopami.

PROMIEŃ JĄDRA.

r = r0A , r0 = 1,3 10-13 cm

A - masa atomowa

Spektrograf masowy - analizując zaczernieni kliszy da się dużo powiedzieć o liczbie izotopów oraz procentowym składzie.

DEFICYT MASY JĄDRA.

Deficytem (niedobór) masy jądra nazywa się różnicę pomiędzy sumą mas oddzielnych nukleonów oraz masą jądra , które z nich się tworzy.

m = Zmp + (A-Z)mn - mj

E = mc2 - energia wiązania

mp = 1,007276 u = 1,67239 10-27 kg

mn = 1,008665 u = 1,6747010-27 kg

Jednostka masy atomowej: 1u (unit) jest to 1/12 masy jądra atomu węgla 126C.

1u = 1,66053 10-27 kg

Promieniotwórczość nazywa się wysyłanie jakiś cząsteczek z jądra atomu.

- jądro atomu helu

- strumień elektronów

- promienie elektromagnetyczne , mniejsze aniżeli X.

Promieniowania te zostały odkryte przez przepuszczanie promieniowania przez pole elektryczne i magnetyczne oraz przez analizowanie odchyleń.

PRAWO ROZPADU PROMIENIOTWÓRCZEGO.

N = N0/2t/T

N0 - ilość jąder preparatu nierozpadniętych w czasie t0

N - ilość jąder nierozpadniętych po upływie czasu t

N0 - N - ilość jąder które rozpadły się w czasie t

Czas półrozpadu -T1/2 - jest to czas , gdzie połowa liczby jąder ulegnie rozpadowi.

REGUŁY PRZESUNIĘĆ.

1. Rozpad alfa - jest to przemiana jądrowa na skutek którego jest wysyłana cząsteczka alfa.

42 = He++

AZX Y + 42+ energia

A = (A-4) +4

Z = (Z-2) +2

Ra Rn + 42 + energia

Rad przechodzi w Radon.

2. Rozpad beta

AZX AZ+1Y + 0-1 + energia

10n 11p + 0-1 + energia

RaB RaC + 0-1 + energia

Pb Bi

3. Rozpad gamma

AZX AZ-1Y + 0+1+ energia

11p 10n + 0+1+ energia

REAKCJE JĄDROWE.

Reakcją jądrową nazywa się przemiany jąder atomowych spowodowane ich wzajemnym oddziaływaniem albo ich oddziaływaniem z cząsteczkami elementarnymi.

Wykrycia pierwszej reakcji jądrowej dokonano w czasie przeprowadzania analiz nad rozpraszaniem cząsteczek alfa na lekkich jądrach. Analizy te przeprowadzano w komorze Wilsona. Przy każdym zderzeniu tor cząsteczki ulega szybkiej zmianie , ale odrzucane było także trafione jądro , którego tor utworzy charakterystyczne rozwidlenie w torem cząsteczki.

Pierwsza zauważona reakcja: azot bombardowany cząsteczką alfa przechodzi w tlen oraz proton.

147N + 42 + 11p

Wszelkie reakcje jądrowe da się podzielić na pewne , ściśle definiowane grupy.

Reakcje elastycznego rozpraszania cząsteczek na jądrach - w tym procesie bombardująca cząsteczka zderza się z jądrem ulega na nim elastycznemu rozproszeniu. Nie tylko jądro ale także na cząsteczkę nie zmieniają swego składu w trakcie oddziaływania.

AZX + A1Z1c AZX + A1Z1c ,gdzie "c" cząsteczka

Nieelastyczne rozpraszanie cząsteczek na jądrach - oddziałująca z jądrem cząsteczka wzbudza je na jakiś ściśle zdefiniowany poziom energetyczny. Jest tak kosztem energii kinetycznej bombardującej cząsteczki.

AZX + A1Z1c AZX + A1Z1c

Reakcje które prowadzą do przemian jądrowych - na skutek takich reakcji utworzy się nowe jądro oraz inna cząsteczka.

A1Z1X + A2Z2c A3Z3Y + A4Z4c energia

REAKCJA ROZSZCZEPIENIA.

Możliwość rozszczepienia jądra cięższego na 2 jądra lżejsze pokazali Otto Hahn oraz Fritz Strassmann. Zauważyli oni, iż w roztworach wodnych uranu (Z=92) , naświetlanych powolnymi neutronami , tworzą się pierwiastki lżejsze (np. Bar Z=55). Pierwiastki te musiały utworzyć się w czasie rozszczepienia uranu na 2 jądra lżejsze.

Suma mas 2 jąder które się utworzą w czasie rozpadu jest mniejsza aniżeli masa jądra ciężkiego który ulega rozszczepieniu.

Powstaje deficyt masy :

m = mA - (mA1 + mA2 + kmn)

mA - masa jądra ciężkiego

mA1,mA2 - masy jąder lekkich które są produktami rozpadu

mn - masa neutronu

k - ilość neutronów

WYKORZYSTANIE REAKCJI ROZSZCZEPIENIA.

1. Reaktor jądrowy ( pręty paliwowe , pręty regulacyjne , reflektor grafitowy , chłodziwo , betonowa osłona)

2. Bomba atomowa.

REAKCJA SYNTEZY.

Są to takie reakcje , w czasie których bardzo silnie powiązanych jądra lekkie łączą się w jądra cięższe o wiele mniejszej energii wiązania z wydzieleniem dużej liczby energii. Typowym przykładem reakcji syntezy jest reakcja , w czasie której 2 jądra deuteru 21D , który jest izotopem wodoru łączy się w jedno jądro helu 42He.

21D + 21D = 42He + Q(energia)

m = 2mD - m= 2u - 4,00260u = 0,02450u

m = 4,249 10-29 kg

m u

mD = 2,01355 u

Reakcja syntezy jest dokonywana do tej pory w formie eksplozji bomby wodorowej.

IZOTOPY.

Izotop jakiegoś pierwiastka tworzą te jego jądra , które posiadają identyczną ilość neutronów.

Rola neutronów w uzyskiwaniu sztucznych izotopów.

94Be + 42C + 10n