Mechanika kwantowa

1) Jakie zjawisko nazywamy fotoelektrycznym zewnętrznym? Podaj prawa tego zjawiska.
a. Efekt fotoelektryczny, to zjawisko fizyczne polegające na emisji elektronów z powierzchni przedmiotu.
b. Prawa:
I. Ilość wybitych fotoelektronów zależy od natężenia promieniowania padającego.
II. Prędkość wybitych fotoelektronów zależy od częstotliwości promieniowania padającego.

2) Wyjaśnij prawa zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego.
a. Wyjaśnienie pierwszego prawa:
Jeżeli natężenie promieniowania wzrośnie, wzrośnie też całkowita energia wyemitowana ze źródła. Dla światła monochromatycznego: EC=n*Ef => Ef=h*v
a więc wzrośnie ilość fotonów emitowanych ze źródła. Jeden foton może wybić tylko jeden elektron, a więc im więcej fotonów padających, tym więcej elektronów wybitych.
b. Wyjaśnienie drugiego prawa:
Prędkość początkowa (Vmax) wychodzących na zewnątrz fotoelektronów jest tym większa, im krótsza jest padająca fala światła, tj. im większa jest energia kwantów promieniowania.

3) Podaj zastosowania zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego.
a. Efekt fotoelektryczny jest powszechnie wykorzystywany w fotokomórkach, bateriach słonecznych, fotopowielaczach, noktowizorach, elementach CCD w aparatach cyfrowych, fotodiodach itd. Pochłaniane przez te urządzenia światło wykorzystywane jest do wytwarzania prądu elektrycznego i generowania ładunku, którego ilość można zmierzyć.

4) Wyjaśnij, na czym polega dualizm korpuskularno-falowy światła jako zjawisko powszechne.
a. Dualizm korpuskularno-falowy - cecha wielu obiektów fizycznych (np. światła czy elektronów) polegająca na tym, że w pewnych sytuacjach zachowują się one, jakby były cząstkami (korpuskułami), a w innych sytuacjach, jakby były falami. Najbardziej znanym dowodem na dualną naturę światła jest zjawisko Comptona. Korpuskularno-falowa natura materii jest jednym z głównych aspektów mechaniki kwantowej: każdy obiekt materialny może przejawiać naturę falową, co oznacza, że może podlegać zjawiskom dyfrakcji i interferencji.

5) Co to są fale materii?
a. Fale materii, zwane też falami de Broglie'a jest to, alternatywny w stosunku do klasycznego (czyli korpuskularnego), sposób opisu obiektów materialnych. Według hipotezy de Broglie'a dualizmu korpuskularno-falowego każdy obiekt materialny może być opisywany na dwa sposoby: jako zbiór cząstek, albo jako fala (materii). Obserwuje się efekty potwierdzające falową naturę materii w postaci dyfrakcji cząstek elementarnych a nawet całych jąder atomowych.
b. Wzór pozwalający wyznaczyć długość fali materii dla cząstki o określonym pędzie ma postać:
gdzie: λ - długość fali cząstki, h - stała Plancka, p - pęd cząstki.

6) Co przedstawia obraz falowy w zjawisku dyfrakcji elektronów?
a. Pełny i ścisły obraz falowego aspektu materii daje mechanika kwantowa nazywana czasem mechaniką falową, gdzie mówi się o falach prawdopodobieństwa zamiast o falach materii. Na potrzeby opisu niektórych zjawisk fizycznych, każdą falę elektromagnetyczną można traktować jako strumień cząstek - fotonów. Fotonom, mimo że nie mają masy, można przypisać pęd.

7) Wymień podstawowe założenia mechaniki kwantowej.
a. To teoria praw ruchu obiektów świata mikroskopowego. Poszerza zakres mechaniki na odległości czasoprzestrzenne i energie, dla których przewidywania mechaniki klasycznej nie sprawdzały się. Opisuje przede wszystkim obiekty o bardzo małych masach i rozmiarach - np. atom, cząstki elementarne itp. Jej granicą dla średnich rozmiarów lub średnich energii czy pędów jest mechanika klasyczna. Dla zjawisk zachodzących w mikroświecie konieczne jest stosowanie mechaniki kwantowej, gdyż mechanika klasyczna nie daje poprawnego opisu tych zjawisk. Jest to jednak teoria znacznie bardziej złożona matematycznie i pojęciowo.

8) Podaj dwie zasady nieoznaczoności.
a. Zasada nieoznaczoności (zasada nieokreśloności) mówi, że istnieją takie pary wielkości, których nie da się jednocześnie zmierzyć z dowolną dokładnością. O wielkościach takich mówi się, że nie komutują. Akt pomiaru jednej wielkości wpływa na układ tak, że część informacji o drugiej wielkości jest tracona. Zasada nieoznaczoności nie wynika z niedoskonałości metod ani instrumentów pomiaru, lecz z samej natury rzeczywistości.
b. Zasad nieoznaczoności Heisenberga [mówi ona, że nie ma możliwości by dowolnie dwie wybrane wielkości zmierzyć z dowolnie dużą dokładnością niezależnie od przyrządu. Ograniczenie to, jest prawem przyrody]:

9) Jakie widmo nazywamy emisyjnym, a jakie absorpcyjnym?
a. Widmo emisyjne – widmo substancji pobudzonej do świecenia. Pary i gazy jednoatomowe posiadają widmo liniowe, gazy wieloatomowe posiadają widmo pasmowe
b. Widmo absorpcyjne – powstaje wtedy, gdy na drodze widma ciągłego znajdzie się pierwiastek, który pochłonie jeden lub kilka ze składników o charakterystycznej długości fali.

10) Wymień przyrządy do obserwacji i rejestracji widm.
a. Spektrometr, spektrograf i spektroskop.