Молекулярные спектры

Математика
Решение контрольной
Алгебра
Система счисления
Сокращение обыкновенных дробей
Иррациональные числа
Понятие комплексного числа
Квадратный трёхчлен
Степенная функция
Преобразовать в дробь степень
Формулы приведения
Информатика
Учебно-практическая задача
Исключение неоднозначности вычислений
Пути достижения параллелизма
Характеристики топологии сети передачи данных
Алгоритмы маршрутизации
Оценка трудоемкости операций передачи данных
Электротехника
Пример выполнения расчётно-графического задания
Полупроводниковые диоды
Выходная характеристика
Транзистор как активный четырёхполюсник
Биполярные транзисторы
Варикапы
Лабораторный стенд
Униполярные (полевые) транзисторы
Полевые транзисторы с изолированным затвором
Сопромат Лабораторный практикум
Задачи по сопротивлению материалов
Построение эпюр нормальных сил
Дан прямой стержень кусочно-постоянного сечения
Проверить прочность стального стержня
Перемещения поперечных сечений брусьев
Расчеты на растяжение и сжатие
Построение эпюр нормальных сил и напряжений
Влияние температуры на напряжение и деформации
Учет подвижной статической нагрузки
Плоские статические определимые фермы
Расчет шпренгельных ферм
Статически определимые арки
Определение перемещений Интеграл Мора
Статически неопределимые арки
Бесшарнирная арка
Определить координаты центра тяжести
Определить статические моменты
Осевые моменты инерции плоских составных сечений
Сдвиг
Дополнительные задачи на сдвиг
Расчет напряжений и деформаций валов
Расчеты на прочность и жесткость валов
Статически неопределимые задачи на кручение
Построить эпюры крутящих моментов
Расчет винтовых пружин с малым шагом
Плоский изгиб
Эпюры главных напряжений при изгибе
Сварная балка
Сложное сопративление
Внецентренное растяжение и сжатие бруса большой жесткости
Совместное действие изгиба и кручения
Расчет кривых брусьев малой кривизны
Расчет толстостенных труб
Действие динамических нагрузок
Упругий удар
Вынужденные колебания систем
Неупругое деформирование
Построение эпюр прогибов упругой оси балки
Аналитический расчет кривых брусьев малой кривизны
Лабораторный практикум
Опытная проверка теории косого изгиба
Физика
Элементы квантовой механики
Молекулярные спектры
Полупроводники
Ядерная физика
Кинематика примеры задач
Лабораторные работы
Лазерное излучение
Тепловое излучение
Многолучевая интерференция
Геометрическая оптика
Оптические свойства анизотропной среды
Искусственная анизотропия
Оптическая активность
Второй закон Кирхгофа
Соотношение неопределенностей
Элементы квантовой статистики
Примесная проводимость полупроводников
Сверхпроводимость
Физика атомного ядра и элементарных частиц
Элементарные частицы
Рентгеновское излучение
Начертательная геометрия
Метод проецирования
Комплексный чертеж линии
Комплексный чертеж пространственной кривой
Классификация поверхностей
Поверхности вращения второго порядка
Конические сечения
Метрические задачи
Инженерная графика
История искусства
Курс лекций по истории искусства
Основы архитектуры
Художники-кубисты

Итальянские художники футуристы

Ель Лисицкий
Советский дизайн
Башня Татлина
Производственное искусство
Оформление революционных праздников

 

Молекула является квантовой системой; она описывается уравнением Шредингера, учитывающим движение электронов в молекуле, колебания атомов молекулы, вращение молекулы. Решение этого уравнения - очень сложная задача, которая обычно разбивается на две: для электронов и ядер. Для приближенного решения задачи используют адиабатическое приближение, согласно которому квантово-механическая система разделяется на тяжелые и легкие частицы — ядра и электроны. Так как массы и скорости этих частиц сильно различаются, то считается, что движение электронов происходит в поле неподвижных ядер, а медленно движущиеся ядра находятся в усредненном поле электронов. Следовательно, в адиабатическом приближении уравнение Шредингера для молекулы распадается на два уравнения — для электронов и ядер.

О периодической системе элементов Д.И. Менделеева. В основе систематики заполнения электронных состояний в атомах лежит принцип Паули. Это позволяет объяснить Периодическую систему элементов Д.И. Менделеева (1869) — фундаментальный закон природы — основу современной химии, атомной и ядерной физики. Понимание периодической системы элементов основано на идее об оболочечной структуре электронного облака атома. Процесс застройки первых 22-х элементов периодической системы представлен в таблице 13.3. Каждый следующий атом получается из предыдущего добавлением заряда ядра на единицу (е) и добавлением одного электрона, который помещают в разрешенное принципом Паули состояние с наименьшей энергией. Так, третий элемент (литий) имеет, кроме заполненной K-оболочки, один электрон в подоболочке 2s.

Характеристические рентгеновские спектры. Рентгеновские спектры, возникающие при бомбардировке электронами антикатода рентгеновской трубки, бывают двух видов: сплошные и линейчатые. Сплошные спектры возникают при торможении быстрых электронов в веществе антикатода и являются обычным тормозным излучением электронов. Вид этих спектров не зависит от материала антикатода.

Магнитный момент атома. Опыт Штерна и Герлаха Орбитальный магнитный момент. В квантовой теории магнитный момент μ и механический момент М атома следует заменить операторами  и :

Атом во внешнем магнитном поле. Эффект Зеемана Расщепление в магнитном поле энергетических уравнений атомов, приводящее к расщеплению спектральных линий в спектрах, называют эффектом Зеемана. Различают эффект Зеемана: нормальный (простой), когда каждая линия расщепляется на три компонента, и аномальный (сложный), когда каждая линия расщепляется на большее, чем три, число компонентов. Эффект Зеемана характерен для атомов парамагнетиков, так как только эти атомы обладают отличным от нуля магнитным моментом и могут взаимодействовать с внешним магнитным полем.

Распределение Ферми - Дирака Рассмотрим идеальный ферми-газ, т. е. систему, состоящую из N фермионов (например, электронов), заключенных в сосуд с неизменяющимся объемом. Найдем число Ω способов, которыми эти N фермионов могут быть размещены по Z ячейкам. (Очевидно, что должно выполняться условие Z ≥ N; при Z = N фермионы могут быть размещены по ячейкам только одним способом.) Каждый способ размещения представляет собой микросостояние системы частиц. Следовательно, Ω есть не что иное, как статистический вес макросостояния системы.

Взаимодействие между молекулами. Потенциал взаимодействия. Силы, действующие между электрически нейтральными молекулами или атомами, называют межмолекулярными силами. По своему происхождению они имеют электрический природу и объясняются неоднородным распределением электронов внутри молекулы, что приводит к возникновению электрических дипольных моментов молекул. Электрический дипольный момент можно представить как два разноименных, но одинаковых по величине заряда, расположенных на близком расстоянии друг от друга.

Распределение Бозе - Эйнштейна Перейдем к выводу закона распределения для идеального бозе-газа, т. е. системы практически не взаимодействующих бозонов. Вначале решим вспомогательную задачу. Возьмем N неразличимых частиц, помещенных в некоторый длинный ящик (пенал). Разделим этот ящик с помощью Z — 1 перегородок на Z ячеек (рис. 14.1) и найдем число способов, которыми частицы могут быть размещены по ячейкам, независимо от числа частиц в каждой ячейке.

Фотонный газ Предположим, что излучение, находящееся в равновесии со стенками полости, в которой оно заключено, можно представить как идеальный фотонный газ. Фотоны являются бозонами, т.к. спин фотона равен единице. Стенки полости непрерывно излучают и поглощают фотоны. Поэтому число фотонов не является наперед заданным (оно определяется объемом полости и температурой ее стенок). Из непостоянства числа фотонов вытекает, что их распределение по состояниям описывается формулой

Фононы. На примере задачи о гармоническом осцилляторе ранее было установлено, что колебательная энергия квантуется. Это приводит к тому, что средняя энергия колебания оказывается отличной от kТ. Энергия гармонического осциллятора может иметь значения

Модель Дебая В этой модели, как и в модели Эйнштейна, рассматривается изотропная среда, но учитывается дисперсия упругих волн.

Теплоемкость фононного газа Применив к фононному газу распределение Бозе-Эйнштейна, можно получить выражение для энергии колеба­ний кристаллической решетки, а следовательно, и для теплоемкости кристаллов. Число фононов непостоянно (они могут возникать и исчезать). Поэтому надо взять распределение Бозе-Эйнштейна в виде (14.17). Вычисление энергии кристалла, т. е. энергии фононного газа, аналогично приведенному для фотонного газа.

Электронный газ и его некоторые свойства В приближении свободных электронов электроны рассматриваются как идеальный газ. Металлический образец представляет собой для электронов трехмерную потенциальную яму. Реше­ние уравнения Шрёдингера для частицы, находящейся в такой яме, показывает, что энергия частицы может иметь только дискретные (квантованные) значения. Электроны являются фермионами (их спин равен 1/2); поэтому распределение электронов по энергетическим уровням описывается функцией распределения Ферми-Дирака

Температура Ферми для металлов составляет несколько десятков тысяч кельвин. Поэтому даже при температуре, близкой к температуре плавления металла (порядка 103 К), электронный газ в металле является вырожденным. В полупроводниках концентрация свободных электронов оказывается много меньшей, чем в металлах. Соответственно уровень Ферми мал (согласно (14.49) ε F пропорционально n 2/3 ). Поэтому уже при комнатной температуре электронный газ во многих полупроводниках является невырожденным и подчиняется классической статистике.

Разрешенные и запрещенные электронные энергетические зоны в кристаллах Рассмотрим мысленно «процесс образования» твердого тела из изолированных атомов одного типа. Энергетические уровни какого-либо валентного электрона в одном изолированном атоме представлены на схематическом рис. 14.7 а. Для простоты будем считать их простыми, т. е. невырожденными. Рассмотрим теперь N тождественных атомов, удаленных друг от друга настолько далеко, что их взаимодействием можно полностью пренебречь.

Функции Блоха и зоны Бриллюэна Зонная структура энергетических уровней получается непосредственно из решения уравнения Шрёдингера для электрона, движущегося в периодическом силовом поле.

Электроны в кристаллах Электропроводность металлов Квантовомеханический расчет показывает, что в случае идеальной кристаллической решетки электроны проводимости не испытывали бы при своем движении никакого сопротивления и электропроводность металлов была бы бесконечно большой. Согласно корпускулярно-волновому дуализму, движению электрона сопоставляют волновой процесс.