!"#$% &'()*+, E-).(/0+, *1) T'",#$#2314

Transcript

1 ΑΠΟ ΤΑ ΑΤΟΜΑ ΣΤΑ ΣΤΕΡΕΑ: ΓΕΝΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιμέλεια έκδοσης και την ανάπτυξη των κειμένων σύμφωνα με τη Μεθοδολογία της εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης. Για την επιστημονική αρτιότητα και πληρότητα των συγγραμμάτων, την αποκλειστική ευθύνη φέρουν οι συγγραφείς, κριτικοί αναγνώστες και ακαδημαϊκοί υπεύθυνοι που ανέλαβαν το έργο αυτό.

2 EΛΛHNIKO ANOIKTO ΠANEΠIΣTHMIO Σχολή Θετικών Eπιστημών και Tεχνολογίας Πρόγραμμα Σπουδών ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΕΣ ΣΠΟΥΔΕΣ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ Θεματική Ενότητα ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ TΟΜΟΣ Αã Από τα Άτομα στα Στερεά: Γενική Θεώρηση E. N. OΙΚΟΝΟΜΟΥ Kαθηγητής Tμήματος Φυσικής Πανεπιστημίου Kρήτης Πρόεδρος Δ.Σ. του Iδρύματος Tεχνολογίας και Έρευνας ΠATPA 2000

3 EΛΛHNIKO ANOIKTO ΠANEΠIΣTHMIO Σχολή Θετικών Eπιστημών και Tεχνολογίας Πρόγραμμα Σπουδών ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΕΣ ΣΠΟΥΔΕΣ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ Θεματική Eνότητα ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ Tόμος Α Από τα άτομα στα στερεά: γενική θεώρηση Συγγραφή E. N. OΙΚΟΝΟΜΟΥ Kαθηγητής Tμήματος Φυσικής Πανεπιστημίου Kρήτης Πρόεδρος Δ.Σ. του Iδρύματος Tεχνολογίας και Έρευνας Kριτική Ανάγνωση EΥΘΥΜΙΟΣ KΑΞΙΡΑΣ Kαθηγητής Tμήματος Φυσικής Πανεπιστημίου Harvard Aκαδημαϊκός Yπεύθυνος για την επιστημονική επιμέλεια του τόμου AΡΙΣΤΕΙΔΗΣ ZΔΕΤΣΗΣ Kαθηγητής Tμήματος Φυσικής Πανεπιστημίου Πατρών Eπιμέλεια στη μέθοδο της εκπαίδευσης από απόσταση IΩΑΝΝΗΣ ΠΑΡΘΕΝΙΟΣ Γλωσσική Eπιμέλεια ΛΙΑΝΑ ΠΕΡΡΑΚΗ Tεχνική Επιμέλεια Καλλιτεχνική Επιμέλεια Στοιχειοθεσία ΣOΦIA BΛAXOY ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ EΚΔΟΣΕΙΣ KΡΗΤΗΣ ΙΔΡΥΜΑ TΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ & ΕΡΕΥΝΑΣ Συντονισμός ανάπτυξης εκπαιδευτικού υλικού και γενική επιμέλεια των εκδόσεων OMAΔA EKTEΛEΣHΣ EPΓOY EAΠ / ISBN Kωδικός Έκδοσης: ΠΣΦ 61/1 Copyright 2000 για την Eλλάδα και όλο τον κόσμο EΛΛHNIKO ANOIKTO ΠANEΠIΣTHMIO Oδός Παπαφλέσσα & Yψηλάντη, Πάτρα Tηλ.: , Fax: Σύμφωνα με το N. 2121/1993, απαγορεύεται η συνολική ή αποσπασματική αναδημοσίευση του βιβλίου αυτού ή η αναπαραγωγή του με οποιοδήποτε μέσον χωρίς την άδεια του εκδότη.

4 œã Õ Ò ÎÔ ÔÚ ÙÔı Ûı Ò ˆ Õ flì. : ÌÂÒ ÂÈ Í Ú ÈÛÔ ıì ÏflÂÚ fi ÌÙÈÛÙÔÈ flâú flì. : ÎÎÂÚ ÒfiÛÈÏÂÚ ÒÈËÏÁÙÈÍ Ú Û ÛÂÈÚ flì. : ÌÙÔÏÔÚ appleflì Í Ú ˆıÛÈÍ Ì ÛÙ ËÂÒ Ì flì. V: ÂÒÈÔ ÈÍ Ú appleflì Í Ú Ù Ì ÛÙÔÈ Âfl Ì ix A3 A3 A4 A6 ˆ. 1. Ÿ «1.1. Ô ÌÙÈÍÂflÏÂÌÔ Í È Á ÏÂËÔ ÔÎÔ fl ÙÁÚ «ÛÁÏ Ûfl ÙÁÚ È Ùfl Í È apple Ú Û ÁÏ ÙflÊÔÌÙ È Ù ÛÙÂÒ : fl Á ÂÛÏ Ì ÌÔ Á 12 ˆ. 2. û«ŸÕ ŸÕ ƒ «Õ À «2.1. ƒè ÛÙ ÙÈÍfi Ì ÎıÛÁ ÙÔÏÈÍfi ÍÙflÌ, ÃfiÍÔÚ ÂÛÏÔ, ı Í ÌÙÒ ÛÁ Í È ÎÎÂÚ ÛıÌ ˆÂflÚ appleôû ÙÁÙÂÚ ıíì ÙÁÙ Ì Ò ÂÈ ÛıÌÔ fiú à ÙÒ ÂÎ ÛÙÈÍ ÙÁÙ Ú ÙÁÙ ÙÔı fi Ôı ÛÙ ÛÙÂÒ ÈÔÛı Ì ÙÁÙÂÚ ÈÔÌÙÈÍ Ì Ù Î ÌÙ ÛÂ Ì »ÂÒÏÔÍÒ Ûfl ÙfiÓÂ Ú È ÈÍfi ÁÎÂÍÙÒÈÍfi ÌÙflÛÙ ÛÁ ÀıÏ ÌÂÚ ÛÍfiÛÂÈÚ ÌÔ Á 35 ˆ. 3. œ œ ՜Ü œ œ 3.1. Î ÈÛÙÔappleÔflÁÛÁ ÙÁÚ (ÂΠËÂÒÁÚ) ÂÌ Ò ÂÈ Ú «Ò fi ÙÁÚ appleòôû ÈÔÒÈÛÙfl Ú ÙÔı Heisenberg Í È Á apple ÔÒÂıÙÈÍfi Ò fi ÙÔı Pauli. ÌÙÈÛÏ Ú Ù Á ÍÎ ÛÈÍfi ÏÁ ÌÈÍfi ÂflÌ È Âapple ÒÍfiÚ; 48

5 viii œã Õ 3.4. œè ÛÈÍ Ú appleòôûâ flûâèú ÙÁÚ Ò apple ÙÈÚ ÛÈÍ Ú appleòôûâ flûâèú Ô Ë ÒÁÏ Bloch ÍÒÈÛÁ ÍıÏ Ù Ì Bloch Í È ÂappleflappleÂ Ì ÍıÏ Ù Ì ÌÔ Á 59 ˆ. 4. «À œõ œõ : à ûœƒœ «Ã À ««Õ««œ 4.1. ÈÛ ÈÍ Û ÎÈ Ô appleò ÎÁÏ Ù Ì ÛıÊÂı Ï Ì Ì ÂÍÍÒÂÏ Ì «Ï ËÔ ÔÚ LCAO ÛÙÁÌ appleîô ÛÙÂÒÁ ÂÍ Ô fi ÙÁÚ ÎÈ Í È (Ù ıù ÒÔÌ ) ÛÍÁÛÁ ıùô ÓÈÔÎ ÁÛÁÚ ıíì ÙÁÙ Í Ù ÛÙ ÛÂ Ì Í È ÂÌÂÒ Ú Ï Ê ÔÌÙÈÍ Ú Ù Î ÌÙ ÛÂÈÚ ÏÔÌÔ È ÛÙ ÙÔı ÛÙÂÒÂÔ ƒ Ô appleôî ÛÁÏ ÌÙÈÍ apple Ò Âfl Ï Ù ıïappleâò ÛÏ Ù Ï ÛÁ ÙÁÌ ÂÌ ÙÁÙ ÌÔ Á 89 Õ ««œ Œ œàœ ««Âˆ ˆ ˆ ˆ À ŸÕ «ŸÕ ˆ ˆ À œ 119 «œ 123

6 œàœ œ «Ûı Ò ˆfi ÂÌ Ú È ÎflÔı ˆıÛÈÍfiÚ ÛÙÂÒÂ Ú Í Ù ÛÙ ÛÁÚ ÂflÌ È Ô Ù Ú fi ÎÎ Ú Ì ÛÍÔÎÔ Â ÂflÒÁÏ Î ÙÔı ÙÂÒ ÛÙÈÔı ÍÔı ÙÔı Ì ÛÙÈÍÔ ÌÙÈÍÂÈÏ ÌÔı, ÙÁÚ Ï ÎÁÚ appleôèíèîfl Ú ÙÔı, ÙÁÚ appleôîî appleî ÙÁÙ Ú Ù Ì Ë ÒÁÙÈÍ Ì ÏÂË Ì Í È Ù Ì appleâèò Ï ÙÈÍ Ì Ù ÌÈÍ Ì, Í.Îapple. ÙÁÌ appleòôíâèï ÌÁ appleâòflappleù ÛÁ appleòôûù ËÁÍ Ì Ô Í ÏÁ ÛÙÔÈ Âfl appleôı Í Ì Ì ÙÔ Ò Ô ÙÁÚ Ûı Ò ˆfiÚ Í ÏÁ appleèô ÛÍÔÎÔ. ÛÙÔÈ Âfl ıù ÂflÌ È Á ÂÓ appleôûù ÛÂ Ú È ÛÍ Îfl ( appleôı Ô ˆÔÈÙÁÙfiÚ ÂÌ ÂÈ ÂÌ ÌÂÈ ÙÁ ÔfiËÂÈ ÙÔı Í ËÁ ÁÙfi, Í È ÂappleÔÏ Ì Ú Á ÂÓ ÒÙÁÛfi ÙÔı apple ÙÔ È ÍÙÈÍ È ÎflÔ ÂflÌ È Á Ï ÈÛÙÁ ıì Ùfi) Í È Á ÍÙ ÛÁ ÙÔı Ûı ÍÂÍÒÈÏ ÌÔı appleòô Ò ÏÏ ÙÔÚ ÛappleÔı Ì appleôı ÂappleÈ È ÍÂÈ Ì Í Î ÂÈ Í apple Ú ÎÂÚ ÙÈÚ ÂappleÈÛÙfiÏÂÚ Í Ë Ú Í È ÙÈÚ ÛÁÏ ÌÙÈÍ ÙÂÒÂÚ Ù ÌÔÎÔ ÈÍ Ú Âˆ ÒÏÔ Ú. Ô Ì apple ˆÂıÍÙÔ appleôù ÎÂÛÏ Ù Ì apple Ò apple Ì fiù Ì Ô Ò ÛÙÈÍ Ù ÙÔÚ appleâòèôòè- ÛÏ Ú ÙÁÚ ÎÁÚ ÛÙ appleôî Ù Ú ÛÈÍ. ºÏ Ú Í È ÏÂÙ ÙÁ Ò ÛÙÈÍfi ıùfi appleâòèíôapplefi È appleèûù ËÁÍ ÙÈ Á ÍÙ ÛÁ ÙÁÚ ÂÌ appleôïâflì Û Ú ÎÁÚ fiù Ì ıappleâò ÔÎÈÍ Ï ÎÁ È ÙÔÌ appleâòèôòèûï ÌÔ Ò ÌÔ appleôı apple Ò ÒÂfl ÙÔ appleò Ò ÏÏ ÛappleÔı Ì. «Î ÛÁappleÔıÂappleÂÎ ÁfiÙ ÌÌ ÒÈÛËÂflÁ ÎÁ ıùfiûâ ÔÙÔÏfl È. ÙÔappleÒ ÙÔ ÙÔÏfl ÈÔ, ÂÍÙ ÛÂ Ú 90 ÛÂÎfl Ì (ÛıÌ ÎÎÂÚ 30 appleâòflappleôı ÛÂÎfl ÂÚ È apple ÌÙfiÛÂÈÚ ÛÍfiÛ Ì) flìâù È ÏÈ ÂÌÈÍfi Ë ÒÁÛÁ Ù Ì ÛÙÂÒÂ Ì appleôı appleâòèî Ï ÌÂÈ ( ) ÏÂÒÈÍ Ú Ò ÍÙÁÒÈÛÙÈÍ Ú È È ÙÁÙÂÚ (Í È apple Ú ıù Ú appleôòò ÔıÌ Ï appleî ÙÒ appleô apple ÙÁÌ ÙÔÏÈÍfi ÔÏfi ÙÁÚ ÎÁÚ), ( ) ÙÔ ÛÙÔÈ ÂÈ ÂÚ ÂÌÌÔÈÔÎÔ ÈÍ appleî flûèô Ù Ì ÛÈÍ Ì Ì Ï Ì Í È appleòôûâ flûâ Ì È ÏÈ appleèô ÛıÛÙÁÏ ÙÈÍfi ÏÂÎ ÙÁ Í È ( ) ÏÈ ÂÈÛ fi ÛÙÁ Ï ËÔ Ô ÙÔı Ò ÏÏÈÍÔ ÛıÌ ı ÛÏÔ ÙÔÏÈÍ Ì ÙÒÔ È Í Ì appleôı ÂÈÒflÊÂÙ È Ù ÛÙÂÒÂ Ú ıappleâò È ÌÙÈ Ï ÒÈ. œ appleò ÙÔÚ ıù Ú Ù ÏÔÚ appleâıë ÌÂÙ È Û ÎÔıÚ ÙÔıÚ ˆÔÈÙÁÙ Ú ÙÔı appleòô Ò ÏÏ ÙÔÚ Í ÏÁ Í È Û ÂÍÂflÌÔıÚ appleôı Ù ÂÌ È ˆ ÒÔÌÙ ÙÔıÚ ÛÙÒ ˆÔÌÙ È appleâòèûû ÙÂÒÔ appleòôú ÙÈÚ ÈÔÎÔ ÈÍ Ú ÂappleÈÛÙfiÏÂÚ. œ  ÙÂÒÔÚ Ù ÏÔÚ appleâıë ÌÂÙ È ÍıÒfl Ú appleòôú ÂÍÂflÌÔıÚ ÙÔıÚ ˆÔÈÙÁÙ Ú appleôı appleòôû Ì ÙÔÎflÊÔÌÙ È appleòôú ÙÔ ``ÙÒfl ÌÔ'' ˆıÛÈÍfi- ÁÏÂfl -ÂappleÈÛÙfiÏÁ ıîèí Ì Í È appleâ- ÒÈ ÂÈ ÙÁ ÏÂÎ ÙÁ Ù Ì ÛÈÍ ÙÂÒ Ì È ÈÔÙfiÙ Ì Ù Ì ÛÙÂÒÂ Ì (ÍıÒfl Ú ÏÂÙ ÎÎ Ì Í È ÁÏÈ Ì) ÛÙ appleî flûè ÙÔı ÏÔÌÙ ÎÔı ÂΠËÂÒ Ì ÁÎÂÍÙÒÔÌfl Ì Í È ÙÁÚ ÏÂË Ôı ÙÔı Ò ÏÏÈÍÔ ÛıÌ ı ÛÏÔ ÙÔÏÈÍ Ì ÙÒÔ È Í Ì. ÙÔ ÍÂflÏÂÌÔ appleâòèî Ï ÌÔÌÙ È ÛÍfiÛÂÈÚ ıùô ÓÈÔÎ ÁÛÁÚ Í Ë Ú Í È ÎÎÂÚ ÛÍfiÛÂÈÚ. È È ÙÈÚ ÏÂÌ Í È È ÙÈÚ Â ıapple Ò ÂÈ apple ÌÙÁÛÁ fi Î ÛÁ ÒÈÛÙ È Í Ë Ïfl apple ÙÈÚ Ô Í ÙÁ ÔÒflÂÚ ÛÙÔ Ù ÎÔÚ ÙÔı È ÎflÔı. œè ÛÍfiÛÂÈÚ ıùô ÓÈÔÎ ÁÛÁÚ apple ÈÙÔ Ì ÛıÌfiË Ú ÏÈ appleîfi Âapple Ì ÎÁ Á fi ÏÈ appleîfi ˆ ÒÏÔ fi Ù Ì Û ÛÂ Ì ÙÔı ÍÂÈÏ ÌÔı. œè ÎÎÂÚ ÛÍfiÛÂÈÚ apple ÈÙÔ Ì Ûı Ì ÏÈ appleèô ÛıÌËÂÙÈÍfi

7 x œàœ œ appleòôûapple ËÂÈ ÂÍ Ï ÒÔıÚ ÙÔı Ì Ì ÛÙÁ. flì È appleâòèùù Ì ÙÔÌflÛ ÙÁ ÛÁÏ Ûfl ÙÁÚ ÂappleflÎıÛÁÚ Ù Ì ÛÍfiÛÂ Ì ıùô ÓÈÔÎ ÁÛÁÚ fi Í È Ù Ì ÛÍfiÛ Ì. ºapple Ú ÂflappleÂ Ô Ï ÎÔÚ ˆıÛÈÍ Ú Richard Feynman, ``ƒâì Ì ÒflÊÂÈÚ ÙflappleÔÙÂ Ï ÒÈÚ ÙÔı ÂÓ ÛÍÁËÂflÚ Û ıù ".» fiëâî Ì Âı ÒÈÛÙfiÛ ËÂÒÏ ÙÔÌ. ÓflÒ, Ô ÔappleÔflÔÚ, Ï ÙÁÌ È È ÙÁÙ ÙÔı Ú ÍÒÈÙÈÍÔ Ì Ì ÛÙÁ, ÏÔı Í Ì appleôîî Ú Â ÛÙÔ ÂÚ apple Ò ÙÁÒfiÛÂÈÚ. ı ÒÈ- ÛÙflÂÚ ÂappleflÛÁÚ ÔˆÂflÎ ÛÙÁÌ Í. Ôˆfl ÍÁ È ÙÁÌ ÂÓ flòâùá ÛÙÔÈ ÂÈÔËÂÛfl ÙÔı ÍÂÈÏ ÌÔı Í È ÛÙÔıÚ». Ãfl Ô Í È Tony Rogers È ÙÔÌ ÁÎÂÍÙÒÔÌÈÍ Û Â È ÛÏ Ù Ì Ò ˆÁÏ Ù Ì. «Ò ÍÎÂÈÔ, ÌÔı ÒÈÔÚ 1999