Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 3: Κυματική φύση σωματιδίων. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Σχετικά έγγραφα
Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 2: Σύστημα δύο σωματιδίων-αρχή της αντιστοιχίας. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 12: Ασκήσεις. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 1: Ανασκόπηση Σύγχρονης Φυσικής. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 23: Ασκήσεις. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

1 η Διάλεξη. Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 19: Εισαγωγή στα τετραγωνικά δυναμικά. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων διαχείρισης έργου υπό συνθήκες αβεβαιότητας

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 4: Εξίσωση Schro dinger. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 22: Η έννοια της σκέδασης και η εξίσωση συνέχειας στην Κβαντομηχανική. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 11: Μεταθέτες και ιδιότητες. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 9: Χρονοεξαρτώμενη εξίσωση Schro dinger. Τερζής Ανδρέας Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Προσχολική Παιδαγωγική Ενότητα 2: Οργάνωση χρόνου και χώρου στα νηπιαγωγεία

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Διοικητική Λογιστική

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 3: Έλεγχοι στατιστικών υποθέσεων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 1: Καταχώρηση δεδομένων

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 2: Περιγραφική στατιστική

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Γενική Φυσική Ενότητα: Δυναμική Άκαμπτου Σώματος

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 33: Εφαρμογές στο άτομο του υδρογόνου. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Γενική Φυσική Ενότητα: Εισαγωγή στην Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 27: Γενική μελέτη κβαντικών συστημάτων δύο και τριών διαστάσεων. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Εκπαιδευτική Διαδικασία και Μάθηση στο Νηπιαγωγείο Ενότητα 1: Εισαγωγή

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 23: Σκέδαση σε τετραγωνικά δυναμικά. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων διαγραμμάτων περίπτωσης χρήσης (1ο Μέρος)

Κλασική Ηλεκτροδυναμική

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 18: Εφαρμογή στον συμβολισμό Dirac. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 8: Ολοκλήρωση μελέτης απειρόβαθου πηγαδιού. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Γενική Φυσική Ενότητα: Ταλαντώσεις

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Αερισμός. Ενότητα 1: Αερισμός και αιμάτωση. Κωνσταντίνος Σπυρόπουλος, Καθηγητής Σχολή Επιστημών Υγείας Τμήμα Ιατρικής

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 21: Δέλτα πηγάδι δυναμικού. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΗΘΙΚΗ. Ενότητα 9: Σχέση Ηθικής και Δικαιοσύνης. Παρούσης Μιχαήλ. Τμήμα Φιλοσοφίας

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 16: Αναπαράσταση τελεστών με μήτρες. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Μυελού των Οστών Ενότητα #1: Ερωτήσεις κατανόησης και αυτόαξιολόγησης

Λογιστική Κόστους Ενότητα 8: Κοστολογική διάρθρωση Κύρια / Βοηθητικά Κέντρα Κόστους.

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 13: Σύστημα δύο ενεργειακών επιπέδων. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Εφαρμογές των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών στη διδασκαλία και τη μάθηση

Φυσική ΙΙΙ. Ενότητα 4: Ηλεκτρικά Κυκλώματα. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 31: Εφαρμογές και η ακτινική εξίσωση του ατόμου του υδρογόνου. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Τίτλος Μαθήματος: Εργαστήριο Φυσικής Ι

Κλασική Ηλεκτροδυναμική

Μάρκετινγκ Αγροτικών Προϊόντων

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού Υπέρθερμου Ατμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Διοίκηση Ολικής Ποιότητας & Επιχειρηματική Αριστεία Ενότητα 1.3.3: Μεθοδολογία εφαρμογής προγράμματος Ολικής Ποιότητας

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Χωρικές σχέσεις και Γεωμετρικές Έννοιες στην Προσχολική Εκπαίδευση

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 12: Θεωρήματα Ehrenfest-Parity- -Μέση τιμή τελεστή. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Έλεγχος και Διασφάλιση Ποιότητας Ενότητα 4: Μελέτη ISO Κουππάρης Μιχαήλ Τμήμα Χημείας Εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ I Ασκήσεις

Ενότητα. Εισαγωγή στις βάσεις δεδομένων

Διοίκηση Ολικής Ποιότητας & Επιχειρηματική Αριστεία Ενότητα 1.3.2: Παραδοσιακή VS νέα προσέγγιση της ΔΟΠ

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 17: Εφαρμογή στην αναπαράσταση τελεστών με μήτρα και εισαγωγή στον συμβολισμό Dirac

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

Έλεγχος Ποιότητας Φαρμάκων

Εισαγωγή στους Υπολογιστές

Διοικητική Λογιστική

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών Ενότητα 2: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓΚ Λοίζου Ευστράτιος Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων-Kατεύθυνση

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Διαφήμιση και Δημόσιες Σχέσεις Ενότητα 9: Σχέσεις διαφημιστή-διαφημιζόμενου

Η ΓΝΩΣΗ ΚΑΙ ΤΟ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΣΤΟΝ ΠΛΑΤΩΝΑ ΚΑΙ ΤΟΝ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗ

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

Εισαγωγή στους Η/Υ. Ενότητα 2β: Αντίστροφο Πρόβλημα. Δημήτρης Σαραβάνος, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων & Αεροναυπηγών Μηχανικών

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 2: Θερμοδυναμικές συναρτήσεις. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης Ενότητα 10: Διαχείριση Έργων (2ο Μέρος)

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 10 η : Ανάλυση Εικόνας. Καθ. Κωνσταντίνος Μπερμπερίδης Πολυτεχνική Σχολή Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

Εννοιες και Παράγοντες της Ψηφιακής Επεξεργασίας Εικόνας

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 1

Διαχείριση Έργων. Ενότητα 10: Χρονοπρογραμματισμός έργων (υπό συνθήκες αβεβαιότητας)

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 3

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ I Ασκήσεις

Τεχνικό Σχέδιο - CAD

Κλασική Ηλεκτροδυναμική

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

Φυσική ΙΙΙ. Ενότητα 4: Ηλεκτρικά Κυκλώματα. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Transcript:

Κβαντική Φυσική Ι Ενότητα 3: Κυματική φύση σωματιδίων Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Σκοπός ενότητας Σκοπός της ενότητας είναι να κατανοηθεί η κυματική φύση των σωματιδίων καθώς και πώς τα κυματικά χαρακτηριστικά(συχνότητα, μήκος κύματος) συνδέονται με τα σωματιδιακά (ενέργεια, ορμή). 2

Περιεχόμενα ενότητας Θεωρία De-Broglie De-Broglie και άτομο του υδρογόνου Πείραμα Davisson-Germer 3

Θεωρία De-Broglie Ο De-Broglie ήταν ο πρώτος που εξέφρασε την άποψη ότι όπως το φωτόνιο έχει διττή φύση(σωματιδιακή και κυματική), το ίδιο θα ισχύει και για το ηλεκτρόνιο. Με λίγα λόγια απέδωσε στο ηλεκτρόνιο κυματική φύση. Το μήκος κύματος που σχετίζεται με το ηλεκτρόνιο συνδέεται με την ορμή του μέσω της σχέσης λ = h p. 4

Κριτήριο χρήσης κυματικής φύσης Θα αναπτύξουμε το κριτήριο χρήσης της κυματικής φύσης των σωματιδίων μέσα από ένα απλό παράδειγμα. Έστω σφαίρα μάζας m = 100g και ταχύτητας v = 900 m s. 1. Να βρεθεί το μήκος κύματος που σχετίζεται με την σφαίρα. 2. Να υπολογιστεί η ορμή και το μήκος κύματος ενός πρωτονίου γνωρίζοντας ότι η κινητική ενέργειά του είναι k = 70MeV. Λύση: 1. Το μήκος κύματος θα είναι λ = h mv = 6.626 10 34 0.1 900 7 10 36 m. 5

Συνέχεια άσκησης 2. Από την σχέση k = E m p c 2 (όπου k η κινητική ενέργεια, Ε η ολική), μπορούμε να υπολογίσουμε την ολική ενέργεια Ε(εφ όσον μας δίνεται η κινητική). Στην συνέχεια, κάνοντας χρήση της σχετικιστικής σχέσης ενέργειας-ορμής Ε = p 2 c 2 + m p 2 c 4, επιλύουμε ως προς p. Από την σχέση του De-Broglie βρίσκουμε ότι λ 3 10 15 m. 6

Συμπέρασμα Στην περίπτωση της σφαίρας η κυματική φύση δεν παίζει ρόλο, επειδή οι διαστάσεις της σφαίρας έχουν μεγάλη διαφορά στην τάξη μεγέθους με το μήκος κύματος. Άρα, όταν οι διαστάσεις ενός οποιουδήποτε σώματος δεν είναι συγκρίσιμες με το μήκος κύματος, η κυματική φύση μπορεί να αγνοηθεί. Στην περίπτωση ενός στοιχειώδους σωματιδίου (όπως το πρωτόνιο) οι διαστάσεις είναι συγκρίσιμες με το μήκος κύματος και επομένως η κυματική φύση δεν μπορεί να αγνοηθεί. 7

De-Broglie και άτομο υδρογόνου Η συνθήκη του Bohr για το άτομο του υδρογόνου, ότι η στροφορμή είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του ħ, χρησιμοποιήθηκε από τον De-Broglie σαν συνθήκη ύπαρξης στάσιμων κυμάτων. Όταν ένα ηλεκτρόνιο είναι δέσμιο σε ένα άτομο, το μήκος κύματός του λαμβάνει συγκεκριμένες τιμές(κατ αναλογία με την διάδοση στάσιμου κύματος σε χορδή). 8

Στάσιμα κύματα 9

Σύγκριση Εικόνα 1( αριστερά): Τα κύματα στην χορδή έχουν ένα μήκος κύματος που συνδέεται με το μήκος της χορδής και μπορούμε να έχουμε ενισχυτική συμβολή. Εικόνα 2(δεξιά): Αν την χορδή της εικόνας 1 την μετασχηματίσουμε σε κύκλο, τότε θα έχουμε μια ιδέα για το πώς τα ηλεκτρόνια σε κυκλικές τροχιές μπορούν να συμβάλλουν ενισχυτικά. 10

Εξαγωγή αξιώματος Bohr από την υπόθεση De Broglie Σύμφωνα με την θεωρία De-Broglie για το άτομο του υδρογόνου θα έχουμε : 2πr = nλ (αφού έχουμε ενισχυτική συμβολή και όχι καταστροφική). Αφού λ = h m e v, θα ισχύει ότι nh m e v = 2πr n. Γνωρίζοντας ότι ο τύπος της στροφορμής για κυκλικές τροχιές είναι L = mvr, παίρνουμε την κβάντωση της στροφορμής σαν συνθήκη για τις επιτρεπτές τροχιές: L = m e vr n = nh 2π = nħ. 11

Πείραμα Davisson-Germer Εικόνα 3: Πείραμα Davisson- Germer To 1927 οι Davisson και Germer ανακάλυψαν ότι η ένταση μιας δέσμης ηλεκτρονίου που σκεδαζόταν από κρύσταλλο, ήταν εξαρτημένη από την γωνία σκεδάσεως. Η δέσμη δηλαδή των ηλεκτρονίων συμπεριφερόταν όπως και μια δέσμη ακτίνων Χ. Άρα η ηλεκτρονιακή δέσμη έχει και κυματική φύση. Ο κρύσταλλος εξ αιτίας της περιοδικότητας των ατόμων δρα σαν φράγμα περίθλασης.η ακτινοβολία ανακλάται στα επίπεδα του κρυστάλλου και παρατηρούνται μέγιστα της έντασης σε ορισμένες γωνίες. 12

Τέλος Ενότητας

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 14

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Πατρών, Ανδρέας Τερζής. Ανδρέας Τερζής «Κβαντική Φυσική Ι. Κυματική φύση σωματιδίων». Έκδοση: 1.0. Πάτρα 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://eclass.upatras.gr/courses/phy1957/ 15

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού, Μη Εμπορική Χρήση, Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 16

Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Το Έργο αυτό κάνει χρήση των ακόλουθων έργων: Εικόνα 1: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:standing_wave_in_a_rope.png Εικόνα 2: http://no.wikipedia.org/wiki/louis_de_broglie Εικόνα 3: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:electron_diffraction.svg 17