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
