Корпускулярно-волновая природа электрона. Основные законы квантовой механики. Уравнение Планка. Уравнение волны де Бройля. Принцип неопр

Реферат

 

По дисциплине: Неорганическая химия 

Кафедра: Неорганической химии

 

 

 

 

Тема:

 

 

"Корпускулярно-волновая природа электрона. Основные законы квантовой механики. Уравнение Планка. Уравнение волны  де Бройля.  Принцип неопределнности Гейзенберга»

 

 

 

 

Руководитель: Понамарева Н.А

 

Выполнила:  Болдырева  Н.А.

 

Группа: ВСЭ, 122/ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                   2011

 

Содержание:

• Квантово-волновая природа электрона
• Уравнение Планка
• Уравнение волны де Бройля
• Принцип неопределённости Гейзенберга
• Вывод
• Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВАЯ ПРИРОДА  ЭЛЕКТРОНА

Электрон обладает корпускулярно-волновым дуализмом. Корпускуля́рно-волново́й дуали́зм-принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства. Был введён при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций. Дальнейшим развитием принципа корпускулярно-волнового дуализма стала концепция квантованных полей в квантовой теории поля. Многие концепции современной физики, такие как теория электромагнетизма, электродинамика, квантовая механика и др., основываются на представлении об электроне как носителе отрицательного электрического заряда. Однако представления о природе этого явления фактически отсутствуют.

Высказывалась гипотеза о  том, что каждому протону в  атоме соответствует свой собственный  электрон и что природа отрицательного и положительного зарядов различается, в первую очередь, тем, что плотность  распределения массы у протона  возрастает от периферии к центру, а у электрона - от центра к периферии, т.е. электрон похож на мыльный пузырь, вся масса электрона может  быть размазана по поверхности этого  пузыря. Эта гипотеза в неявном виде присутствует в современных представлениях о сущности элементарных частиц, в соответствии с которыми элементарные частицы обладают пространственной протяженностью и своеобразной внутренней структурой.

     Считается, что свободная, невзаимодействующая микрочастица-это всего лишь математическая абстракция. Реальные физические частицы всегда взаимодействуют с вакуумными полями, испуская и поглощая виртуальные частицы. Вследствие этого вокруг каждой частицы образуется «облако» виртуальных частиц. И чем меньше масса испускаемых частиц, тем больше размеры образуемого ими облака. Продолжительность отдельных актов виртуальной диссоциации частицы (ее циклов «мигания») очень мала, но благодаря многократным их повторениям возникает постоянная, усредненная структура - «размазка» электрического заряда, магнитного момента, массы, которая становится все более плотной к центру частицы. В этом смысле говорят, что элементарная частица состоит из плотного центрального ядра - керна и рыхлой периферической оболочки.  Такова «синтаксическая» суть современных представлений о природе элементарных частиц.

 

 

 

 

 

                              

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ

 

Квантовая механика – теория, устанавливающая способ  описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем (например, кристаллов), а также связь величин, характеризующих  частицы и системы с физическими величинами, непосредственно измеряемыми в макроскопических опытах.

Законы квантовой механики составляют фундамент изучения строения вещества.Они позволили выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, понять строение ядер атомных, изучать свойства элементарных частиц. Поскольку свойства макроскопических тел определяются движением и взаимодействием частиц, из которых они состоят, законы квантовой механики лежат в основе понимания большинства макроскопических явлений. Квантовая механика позволила, например, объяснить температурную зависимость и вычислить величину теплоёмкости газов и твёрдых тел, определить строение и понять многие свойства твёрдых тел (металлов, диэлектриков, полупроводников). Только на основе квантовой механики удалось последовательно объяснить такие явления, как ферромагнетизм(одно из магнитных состояний кристаллических, как правило, веществ, характеризуемое параллельной ориентацией магнитных моментов атомных носителей магнетизма), сверхтекучесть,сверхпроводимость, понять природу таких астрофизических объектов, как белые карлики, нейтронные звёзды, выяснить механизм протекания термоядерных реакций в Солнце и звёздах.

    Ряд крупнейших технических достижений 20 в. основан по существу на

специфических законах квантовой механики. Квантово-механические законы лежат в основе работы лазеров, ядерных реакторов, обусловливают возможность осуществления в земных условиях термоядерных реакций, проявляются в ряде явлений в металлах и полупроводниках, используемых в новейшей технике, и т.д.Фундамент такой бурно развивающейся области физики, как квантовая электроника, составляет квантово-механическая теория излучения, о которой речь пойдёт ниже.

              

 Место квантовой механики среди других наук.             

В начале XX в. выяснилось, что классическая механика И. Ньютона имеет

ограниченную область  применимости и нуждается в обобщении. Во-первых, она не применима при  больших скоростях движения тел - скоростях, сравнимых со скоростью  света. Здесь её заменила и обобщила релятивистская механика, построенная  на основе специальной теории относительности  А. Эйнштейна. Для классической механики в целом характерно описание частиц путём задания их положения в  пространстве (координат) и скоростей  и зависимости этих величин от времени.

                                               

Такому описанию соответствует  движение частиц по вполне определенным траекториям. Однако опыт показал, что  это описание не всегда справедливо, особенно для частиц с очень малой  массой (микрочастиц). Более общее  описание движения дает квантовая механика, которая включает в себя как частный случай классическую механику. Квантовая механика, как и классическая,делится на нерелятивистскую, справедливую в случае малых скоростей, и релятивистскую, удовлетворяющую требованиям специальной теории относительности.

                 щено на Allbest.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  УРАВНЕНИЕ ПЛАНКА

Уравнение Планка-одно из стохастических дифференциальных уравнений, описывает временну́ю эволюцию функции плотности вероятности координат и импульса частиц в процессах, где важна стохастическая природа явления. Названо в честь немецкого физика Макса Планка.

 

 Впервые уравнение было использовано для статистического описания броуновского движения частиц в воде. Хотя броуновское движение описывается уравнениями Ланжевена, которые могут быть решены численно методом Монте-Карло или методами молекулярной динамики, задачу в такой постановке часто трудно решить аналитически. И, вместо сложных численных схем, можно ввести функцию плотности вероятности , описывающую вероятность того, что частица имеет скорость в интервале , если в момент времени 0 она имела начальную скорость , и записать для уравнения Планка.

Общая форма уравнения  Планка для N переменных:

                                      E=hν 

Е-энергия

h-постоянная Планка

ν- частота

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   УРАВНЕНИЕ ВОЛНЫ ДЕ БРОЙЛЯ

Становлении квантовой теории строения атома начался с теоретического обоснования французским ученым де Бройлем двойственной природы материальных частиц, в частности электрона. В 1924году французский физик Луи де Бройль высказал гипотезу о том, что установленный ранее для фотонов корпускулярно-волновой дуализм присущ всем частицам— электронам, протонам, атомам и так далее, причём количественные соотношения между волновыми и корпускулярными свойствами частиц те же, что и для фотонов. Таким образом, если частица имеет энергию E и импульс, абсолютное значение которого равно p, то с ней связана волна, частота которой ν = E / h и длина волны λ = h / p, где h — постоянная Планка. Эти волны и получили название волн де Бройля.

 

Первое подтверждение  гипотезы де Бройля было получено в 1927 году в опытах американских физиков К. Дэвиссона и Л. Джермера. Пучок электронов ускорялся в электрическом поле с разностью потенциалов 100—150 В (энергия таких электронов 100—150 эВ, что соответствует нм) и падал на кристалл никеля, играющий роль пространственной дифракционной решётки. Было установлено, что электроны дифрагируют на кристалле, причём именно так, как должно быть для волн, длина которых определяется соотношением де Бройля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аааааммм

ааааааапепп

Принцип неопределённости Гейзенберга

Принцип неопределённости Гейзенбе́рга (или Га́йзенберга) в квантовой механике-фундаментальное неравенство (соотношение неопределённостей), устанавливающее предел точности одновременного определения пары характеризующих квантовую систему физических наблюдаемых (см. физическая величина), описываемых некоммутирующими операторами (например, координаты и импульса, тока и напряжения, электрического и магнитного поля).

 

Соотношения неопределённостей  Гейзенберга являются теоретическим  пределом точности одновременных измерений  двух некоммутирующих наблюдаемых. Они справедливы как для идеальных измерений, иногда называемых измерениями фон Неймана, так и для неидеальных измерений или измерений Ландау.

Согласно принципу неопределённостей, частица не может быть описана  как классическая частица, то есть например у нее не могут быть одновременно точно измерено положение и скорость (импульс), так же как у обычной классической волны и как волна. (Сам факт того, что какое-либо из этих описаний может быть справедливо, по крайней мере в отдельных случаях, называют корпускулярно-волновым дуализмом).

Соотношения неопределённостей  не ограничивают точность однократного измерения любой величины (для  многомерных величин тут подразумевается  в общем случае только одна компонента). Если её оператор коммутирует сам с собой в разные моменты времени, то не ограничена точность и многократного (или непрерывного) измерения одной величины.

Например, соотношение неопределённостей  для свободной частицы не препятствует точному измерению её импульса, но не позволяет точно измерить её координату (это ограничение называется стандартный квантовый предел для координаты).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подведём итог. Мы рассмотрели  эволюцию представления человека о  природе и поведении микрочастиц,основные положения квантовой механики, уравнение Планка, де Бройля,принцип неопределенности  Гейзенберга.

Научная мысль не стоит  на месте. Возможно, в недалёком будущем  нас ждут новые открытия, которые  так же войдут в противоречие с  существующими принципами квантовой  механики. Тогда, возможно, возникнет  новая, более общая теория мироздания, в которой квантовая механика займёт своё достойное место как один их разделов, как частный случай бесконечного разнообразия взаимодействия материи, энергии, пространства и времени.