Курс лекций квантовая теория

ТОЭ Компьютерный монтаж Основы Flash Corel DRAW Учебник по схемотехнике Законы Кирхгофа P-CAD Autodesk Mechanical Desktop Электротехника Атомная физика Графический пакет OrCAD Теория множеств Оптическая физика Дифференциалы Интегралы Магнитные свойства Зонная теория Квантовая статистика Квантовая физика Магнитное поле Электростатика Геометрическая оптика Основы теории относительности Волновая функция Главную
Математика
Элементы теории множеств
Интегральное исчисление
Дифференциальное исчисление функций нескольких переменных
Двойной интеграл в полярных координатах
Геометрический смысл дифференциала
Дифференциальное исчисление
История искусства
РОМАНСКИЙ СТИЛЬ
ХУДОЖЕСТВЕННАЯ ПРАКТИКА
КЛАССИЦИЗМА
Художественная роспись тканей
Графические пакеты
Сопромат
Машиностроительное черчение
Начертательная геометрия
Поверхности вращения
Аксонометрические проекции
Методы преобразования
комплексного чертежа
Обобщенные позиционные задачи
Способы сечений
Компьютерная графика
Создание проекта в OrCAD
Редактирование принципиальных схем
Моделирование схем
Вспомогательные программы
Проектирование печатных плат
Автоматизация проектирования
Учебник Autodesk
Mechanical Desktop
Компьютерный монтаж
Редактирование текста
Графический редактор
Corel DRAW
Примеры Разное
Проектирование многослойных
печатных плат P-CAD

 

Квантовая статистика. Фазовое пространство и функция распределения. Понятие о квантовой статистике Бозе-Эйнштейна
и Ферми-Дирака.

Согласно формуле (15.1), функция распределения есть не что иное, как плотность вероятности определенного состояния системы. Поэтому она должна быть нормирована на единицу:

Статистика Ферми-Дирака — статистика, описывающая поведение системы тождественных микрочастиц (фермионов) обладающих полуцелым спином. Фермионы подчиняются принципу Паули, согласно которому в каждом квантовом состоянии может находиться не более 2-х частиц. Междугородная сеть

Идеальный газ из фермионов — ферми-газ — описывается квантовой статистикой Ферми — Дирака. Распределение фермионов по энергиям имеет вид

Вырожденный электронный газ в металлах. Понятие о квантовой теории теплоекости. Выводы квантовой теории электропроводности металлов.

Наивысший энергетический уровень, занятый электронами, называется уровнем Ферми

Понятие о квантовой теории теплоемкости. Фононы

Выводы квантовой теории электропроводности металлов Основы молекулярной физики и термодинамики Курс лекций по физике

Зонная теория — раздел квантовой теории твердых тел, описывающий движение электронов в кристаллах и являющийся основой современной теории ме­таллов, полупроводников и диэлектриков.

Ширина запрещенной зоны

Эффект нестационарного отравления Xe и Sm Важность и сложность эффектов нестационарного отравления обусловлена тем, что при изменении мощности реактора происходит нарушение динамического равновесия между прибылью и убылью ядер-отравителей и, следовательно, происходит сложное изменение реактивности реактора за счет отравления

Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории. Зонная теория твердых тел позволила с единой точки зрения истолковать существова­ние металлов, диэлектриков и полупроводников, объясняя различие в их электрических свойствах, во-первых, неодинаковым заполнением электронами разрешенных зон и, во-вторых, шириной запрещенных зон.

Твердое тело является проводником электрического тока и в том случае, когда валентная зона перекрывается свободной зоной, что в конечном счете приводит к не полностью заполненной зоне

Собственная проводимость полупроводников. Примесная проводимость полупроводников. Фото­проводимость полупроводников.

Полупроводники — кристаллические вещества, ко­торые при абсолютном нуле температуры имеют про­водимость, равную нулю. Валентная зона полностью заполнена электронами, а ширина запрещенной зоны невелика

Собственная проводимость полупроводников

Концентрация дырок в валентной зоне

Одним из наиболее широко распространенных полупроводниковых элементов является германий, имеющий решетку типа алмаза, в которой каждый атом связан ковалентными связями с четырьмя ближайшими соседями

Примесная проводимость полупроводников

Полупроводники такого типа называются электронными (или полупроводниками n-типа)

Атомы примесей в этом случае называют атомами-акцепторами.

Фотопроводимость полупроводников — увеличение электропроводности полупроводников под действием электромагнитного излучения — может быть связана со свойствами как основного вещества, так и содержащихся в нем примесей.

Контакт двух металлов по зонной теории. Термоэлектрические явления и их применения.

Вольта экспериментально установил два закона: Контактная разность потенциалов зависит лишь от химического состава и температуры соприкасающихся металлов. Контактная разность потенциалов последовательно соединенных различных роводников, находящихся при одинаковой температуре, не зависит от химического остава промежуточных проводников и равна контактной разности потенциалов, возикающей при непосредственном соединении крайних проводников.

Термоэлектрические явления — физические явления, обусловленные существованием взаимосвязи ме­жду тепловыми и электрическими процессами в металлах и полупроводниках.

Эффект Пелътье — выделение или поглощение тепла на контакте двух разнородных проводников при прохождении через него электрического тока.

Контакт электронного и дырочного полупроводников (р-n переход). Полупроводниковые диоды

В n-полупроводнике из-за ухода электронов вблизи границы остается нескомпенсированный положительный объемный заряд неподвижных ионизованных донорных атомов.

Представлена вольт-амперная характеристика -перехода. Как уже указывалось, при пропускном (прямом) напряжении внешнее электрическое поле способствует движению основных носителей тока к границе -перехода

Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы)

Для изготовления транзисторов используются германий и кремний, так как они характеризуются большой механической прочностью, химической устойчивостью и большей, чем в других полупроводниках, подвижностью носителей тока.

Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое число. Дефект массы и энергия связи ядра.

В настоящее время твердо установлено, что атомные ядра различных элементов состоят из двух частиц – протонов и нейтронов.

Схема установки для обнаружения нейтронов

Нейтрон – это элементарная частица. Ее не следует представлять в виде компактной протон-электронной пары, как первоначально предполагал Резерфорд.

Энергия связи ядер. Для того, чтобы атомные ядра были устойчивыми, протоны и нейтроны должны удерживаться внутри ядер огромными силами, во много раз превосходящими силы кулоновского отталкивания протонов. Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными

Рассчитаем в качестве примера энергию связи ядра гелия, в состав которого входят два протона и два нейтрона.

Уменьшение удельной энергии связи при переходе к тяжелым элементам объясняется увеличением энергии кулоновского отталкивания протонов. В тяжелых ядрах связь между нуклонами ослабевает, а сами ядра становятся менее прочными.

Ядерные силы. Модели ядра

Капельная модель (Н. Бор, Я. И. Френкель, 1936) — простейшая и исторически первая модель ядра; она базируется на анало­гии в поведении нуклонов в ядре и молекул в капле жидкости.

Радиоактивное излучение и его виды. Закон радиоактивного распада. Правило смещения Эти три вида радиоактивных излучений сильно отличаются друг от друга по способности ионизировать атомы вещества и, следовательно, по проникающей способности

Закон радиоактивного распада. Правила смещения

Период полураспада – основная величина, характеризующая скорость радиоактивного распада. Чем меньше период полураспада, тем интенсивнее протекает распад. Так, для урана T ≈ 4,5 млрд лет, а для радия T ≈ 1600 лет. Поэтому активность радия значительно выше, чем урана. Существуют радиоактивные элементы с периодом полураспада в доли секунды.

Закономерности альфа-распада и бета-распада

Гипотеза о существовании нейтрино позволила Э. Ферми и_идать теорию -распада (1934), которая в основном сохранила свое значение и в настоящее время, хотя экспериментально существование нейтрино было доказано более чем через 20 лет (1956).

Гамма-излучение и его свойства *-Кванты, проходя сквозь вещество, могут взаимодействовать как с электронной оболочкой атомов вещества, так и с их ядрами. В квантовой электродинамике д­казывается, что основными процессами, сопровождающими прохождение -излучения через вещество, являются фотоэффект, комптон-эффект (комптоновское рассеяние) и образование электронно-позитронных пар.

Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц. Черевковский счетчик. Принцип его работы и свойства излучения Вавилова — Черенкова, лежащие в основе работы счетчика. Назначение черенковских счетчиков — это измерение энергии частиц, движущихся в веществе со скоростью, превышающей фазовую скорость света в данной среде, и разделение этих частиц по массам.

Газоразрядный счетчик. Газоразрядный счетчик обычно выполняется в виде наполненного газом металлического цилиндра (катод) с тонкой проволокой (анод), натянутой по его оси. Хотя газоразрядные счетчики по конструкции похожи на ионизационную камеру, однако в них основную роль играют вторичная ионизация, обусловленная столкновениями первичных ионов с атомами и молекулами газа и стенок.

Камера Вильсона (1912) — это старейший и на протяжении многих десятиле­тий (вплоть до 50—60-х годов) единственный тип трекового детектора. Выполняется обычно в виде стеклянного цилиндра с плотно прилегающим поршнем. Цилиндр наполняется нейтральным газом (обычно гелием или аргоном), насыщенным парами воды или спирта.

Пузырьковая камера (1952; американский физик Д. Глезер (р. 1926)). В пузырьковой камере рабочим веществом является перегретая (находящаяся под давлением) прозрачная жидкость (жидкие водород, пропан, ксенон). Запускается камера, так же как и камера Вильсона, резким сбросом давления, переводящим жидкость в неустойчивое перегретое состояние.

Ядерные реакция — это превращения атомных ядер при взаимодействии с элементар­ными частицами (в том числе и с -квантами) или друг с другом. Наиболее распространенным видом ядерной реакции является реакция, записываемая символически сле­дующим образом

Единица эффективного сечения ядерных процессов -барн (1 барн=10~28 м2). В любой ядерной реакции выполняются законы сохранения электрических зарядов и массовых чисел: сумма зарядов (и сумма массовых чисел) ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме зарядов (и сумме массовых чисел) конечных продук­тов (ядер и частиц) реакции. Выполняются также законы сохранения энергии, импульса и момента импульса.

Ядерные реакции классифицируются по следующим признакам

Позитрон. -Распад. Электронный захват. Энергетический -спектр, как и -спектр, непрерывен. -Распад подчиняется следующему правилу смещения: .

Открытие нейтрона. Ядерные реакции под действием нейтронов Характер ядерных реакций под действием нейтронов зависит от их схорости (энергии). В зависимости от энергии нейтроны условно делят на две группы: медленные и быстрые

Реакция деления ядра. Цепная реакция деления.. Механизм деления

Большинство нейтронов при делении испускается практически мгновенно (t  10-14 с), а часть (около 0,7%) испускается осколками деления спустя некоторое время после деления (0,05сt60с). Первые из них называются мгновенными, вторые — запаздывающими. В среднем на каждый акт деления приходится 2,5 ис­пущенных нейтронов. Они имеют сравнительно широкий энергетический спектр в пределах от 0 до 7 МэВ, причем на один нейтрон в среднем приходится энергия около 2 МэВ.

Цепная реакция деления Испускаемые при делении ядер вторичные нейтроны могут вызвать новые акты деления, что делает возможным осуществление цепной реакции деления — ядерной реакции, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этой реакции

Цепные реакции делятся на управляемые и неуправляемые Обратите внимание, что в результате деления ядра, инициированного нейтроном, возникают новые нейтроны, способные вызвать реакции деления других ядер. Продуктами деления ядер урана-235 могут быть и другие изотопы бария, ксенона, стронция, рубидия и т. д.

Понятие о ядерной энергетике Управление цепной реакцией осуществляется специальными управляющими стержнями из материалов, сильно поглощающих нейтроны (например, В, Cd). Параметры реактора рассчитываются так, что при полностью вставленных стержнях реакция заведомо не идет, при постепенном вынимании стержней коэффициент размножения нейтронов растет и при некотором их положении принимает значение, равное единице.

Схема «С» ‑ основная опорная металлоконструкция, наиболее нагруженная, т.к. передает вес нижней металлоконструкции, графитовой кладки и вес НВК на закладные части фундаментной плиты здания блока «А». Представляет собой две пересекающиеся по центру реактора пластины с ребрами жесткости h=5,3 м. Приварена по осям симметрии к нижней плите сх. «ОР».

Ядерный реактор является мощным источником проникающей радиации (нейтроны, -излучение), примерно в 1011 раз превышающей санитарные нормы. Поэтому любой реактор имеет биологическую защиту — систему экранов из защитных материалов (например, бетон, свинец, вода), располагающуюся за его отражателем, и пульт дистанционного управления.

Впервые ядерная энергия для мирных целей использована в СССР. В Обнинске под руководством И. В. Курчатова введена в эксплуатацию (1954) первая атомная электро­станция мощностью 5 МВт. Принцип работы атомной электростанции на водо-водяном реакторе приведен на рисунке. Ура