ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE

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

W momencie wybijania energia kinetyczna elektronu równa jest:

mV2/2 = U0e

Od czego uzależniona jest prędkość bardo szybkich elektronów ?

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

- do zjawiska fotoelektrycznego dochodzi gdy częstotliwość przekroczy jakąś wartość graniczną

-prędkość nie jest uzależniona od natężenia padającego światła , od niego zależy ilość fotoelektronów czyli prąd.

-od długości fali padającego promieniowania

RÓWNANIE EINSTEINA-MILIKANA

Energia padającego kwantu przekształca się na pracę wyjścia elektronu z metalu oraz nadanie mu prędkości (energia kinetyczna).

h =W + (mV2/2)

h- kwant

WŁASNOŚCI FOTONU.

Foton - kwant światła

Energia fotonu - Ef =h , h = 6,625*10-34 [J*s]

Pęd fotonu - pf = mc;

Masa fotonu - mf = E/c2 = h/c2;

E = mc2

Całkowita energia ciała jest to E = EO + EK

EO - energia spoczynkowa

EK - energia kinetyczna

DUALIZM KORPUSKULARNO - FALOWY

Dualizm korpuskularno - falowy mówi o tym, iż :

- fala elektromagnetyczna jest w formie falowej (dyfrakcja, interferencja) oraz równocześnie ma formę korpuskularną (E, p, m) (zjawisko Comptona, zjawisko fotoelektryczne)

- tak samo jak cząsteczka elementarna ma poza formą korpuskularną także formę falową. Fale materii de Brogli'a. Dyfrakcja ( inaczej ugięcie) elektronów - eksperyment Davissona-Garmera.

Dualizm korpuskularno - falowy mówi o dwoistym charakterze materii.

POSTULATY BOHRA.

Postulaty:

1) Są w atomie orbity, elektrony krążą po nich nie marnując swojej energii. Elektrony spełniają na dozwolonych orbitach następujący warunek:

mVnrn = n(h/2) - moment pędu

2) w momencie gdy elektron zdobędzie energię, wówczas jest w stanie wskoczyć na wyższą orbitę. W momencie gdy będzie powracał wyemituje energię :

h = Em - En

z "m" na "n"

PROMIENIE ORBIT ATOMU WODORU.

mVnrn = n(h/2), A = h/2 , k = 1/(4*0) ,k=3 *109

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 

E2 = -3,4 eV 

E1 = -13,6 eV

E3, E2, E1 - poziomy energetyczne

E = 13,6 eV - energia jonizacji atomu wodoru

WZÓR BALMERA.

1/R = [1/n2 - 1/m2)] , m>n

R = 10,97; m-1; 11m-1

Lambda jest to długość fali wysyłanej przy przejściu 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 zaliczają się do pasma światła widzialnego, Paschena do podczerwieni, natomiast Lymana do nadfioletu

PROMIENIE ROENTGENA

W momencie, gdy kompletna praca zamieniona została na wyrób energii, wówczas wyprodukowany zastał by kwant.

Ue = h;

g= hc/Ue

g - graniczna długość (najkrótsza) widma ciągłego

Widmo ciągłe nazywane jest widmem hamowania ponieważ jest ono przyczyną zwalniania elektronów przez anodę.

Widmo charakterystyczne (liniowe) - pojawia się na skutek wzbudzenia bliskich jądra elektronów w atomach anody. Nazywane jest ono charakterystycznym, ponieważ cechuje się ono typem substancji z której wykonana jest antykatoda. Różne materiały dadzą nam różne układy linii charakterystycznych.

WYKORZYSTANIE PROMIENI ROENTGENA.

Pierwiastki pochłaniają promienie X bardziej wtedy, gdy większa jest liczba atomowa konkretnego pierwiastka.

X: max = 10 nm , min = 0,001 nm

1) prześwietlanie przedmiotów

2) medycyna

3) wykorzystanie naukowe : analiza budowy kryształów

JĄDRA ATOMU

1) Wykrycie jądra atomu - bombardowanie niewielkiej folii złota cząsteczkami.

2) Konstrukcja oraz zawartość jądra atomu.

Zbudowane jest ono z protonów (11p) oraz neutronów (10n) , które razem tworzą nukleony. Masa protonu oraz neutronu jest bardzo zbliżona. Neutron posiada masę trochę większa niż proton , proton posiada ładunek dodatni, natomiast neutron nie posiada ładunku , jest obojętny.

A - masa atomowa (inna nazwa- liczba masowa , liczba nukleonów)

Z - liczba atomowa , liczba protonów

X

N = A - Z - liczba neutronów

Jądra konkretnego pierwiastka różnić się mogą na przykład liczbą neutronów, tzw. izotopy, w nich rozróżniamy promieniotwórcze izotopy nazywane także radioizotopami.

PROMIEŃ JĄDRA.

r = r03A , r0 = 1,3; 10-13 cm

A - masa atomowa

Spektrograf masowy - dokonując badań zaczernienia kliszy jesteśmy w stanie wyciągnąć wniosek w związku z ilością izotopów oraz procentowym składzie.

DEFICYT MASY JĄDRA.

Deficytem, czyli niedoborem 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 = 1,67470*10-27 kg

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

1u = 1,66053*10-27 kg

Promieniotwórczość jest inaczej wysyłanie cząsteczek z jądra atomu.

- strumień elektronów

- jądro atomu helu

- promienie elektromagnetyczne , o wiele krótsze aniżeli X.

Promieniowania to zostało wynalezione przez przepuszczanie promieniowania przez pole elektryczne, magnetyczne a także przez analizę odchyleń.

PRAWO ROZPADU PROMIENIOTWÓRCZEGO.

N = N0/2t/T

N0 - liczba jąder preparatu, które się jeszcze nie rozpadały w czasie t0

N - liczba jąder, które się jeszcze nie rozpadły po czasie t

N0 - N - liczba jąder, które rozpadły się w czasie t

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

REGUŁY PRZESUNIĘĆ.

1. Rozpad - jest to zamiana jądrowa gdzie, wysyłana jest cząsteczka.

42 = He++

AZX Y + energia

A = (A-4) +4

Z = (Z-2) +2

22688Ra; 22286Rn + energia

Rad zamienia się w Radon.

2. Rozpad .

AZX;AZ+1Y + 0-1 + energia

10n ;11p + 0-1

21482RaB;21483RaC + 0-1 + energia

Pb ;Bi

3. Rozpad.

AZX ; AZ-1Y + 0+1+ 00+ energia

11p;10n + 0+1 + 00

REAKCJE JĄDROWE.

Reakcjami jądrowymi nazywa się zamiany jąder atomowych spowodowane ich wzajemnym oddziaływaniem albo ich oddziaływaniem z cząsteczkami elementarnymi.

Wynalezienie pierwszej reakcji jądrowej odbyło się w czasie przeprowadzania analiz nad rozpraszaniem cząstek na lekkich jądrach. Analizy te przeprowadzano w komorze Wilsona. Przy każdych zderzeniach tor cząsteczki ulegał szybkiej zmianie. Odrzucane było także jądro, które było trafione. W związku z tym tworzył pewne charakterystyczne rozwidlenie z torem cząstki.

Pierwsza obserwowana reakcja: azot bombardowany cząstkami przechodzi w tlen oraz proton.

147N + 42; 178O + 11p

Wszelkie reakcje jądrowe a się pogrupować na jakieś , konkretnie zdefiniowane grupy.

Reakcje elastycznego rozpraszania cząsteczek na jądrach - w tym procesie bombardująca cząsteczka zderza się z jądrem ulegając na nim elastycznemu rozproszeniu. Jądro ale także i cząsteczka nie zmieniają swojej zawartości w czasie oddziaływania.

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

Nieelastyczne rozpraszanie cząstek na jądrach - oddziałująca z jądrem cząsteczka wzbudza je na określony konkretnie poziom energetyczny. Jest to spowodowane kosztem energii kinetycznej bombardującej cząsteczki.

AZX + A1Z1c;AZX+ A1Z1c

Reakcje dzięki którym dochodzi do przemian jądrowych - w związku z takimi reakcjami powstaje nowe jądro jak również inna cząstka.

A1Z1X + A2Z2c;A3Z3Y + A4Z4c energia

REAKCJA ROZSZCZEPIENIA.

Ewentualność rozszczepienia jądra cięższego na dwa jądra lżejsze dokonał Otto Hahn oraz Fritz Strassmann. Wykazali oni, iż w roztworach wodnych uranu (Z=92), naświetlanych wolnymi neutronami, tworzą się pierwiastki lżejsze (np. Bar Z=55). Pierwiastki te musiały utworzyć się w czasie rozszczepienia uranu na dwa jądra lżejsze.

Zsumowanie mas dwóch jąder wyprodukowanych w czasie rozpadu jest mniejsza aniżeli masa jądra ciężkiego, które ulega rozszczepieniu.

Tworzący się deficyt masy :

m = mA - (mA1 + mA2 + kmn)

mA - masa jądra ciężkiego

mA1,mA2 - masy jąder lekkich, które są produktami rozpadu

mn - masa neutronu

k - liczba neutronów

WYKORZYSTANIE REAKCJI ROZSZCZEPIENIA.

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

2. Bomba atomowa.

REAKCJA SYNTEZY.

Są to takie reakcje, w czasie których bardzo silnie powiązane jądra lekkie złączają się i tworzą jądra cięższe o znacznie małej energii wiązania z emisją ogromnej ilości energii. Przykładem takiej reakcji syntezy jest reakcja , w czasie której dwa jądra deuteru 21D, które są izotopem wodoru złączają się w jedno jądro helu 42He.

21D + 21D = 42He + Q(energia)

m = 2mD - m= 2*2,01355u - 4,00260u = 0,02450u

m = 4,249* 10-29 kg

m=4,00260 u

mD = 2,01355 u

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

IZOTOPY.

Izotop konkretnego pierwiastka wytwarzają te jądra , które posiadają taką samą liczbę neutronów.

Rola neutronów w uzyskiwaniu sztucznych izotopów.

94Be + 42C + 10n