Základy kvantovej fyziky

Základy kvantovej fyziky
- emisia elektrónov zo záporne nabitého kovu pod účinkom dopadajúceho žiarenia pričom pre každý kov existuje určitá hraničná frekvencia f0, pre kt. platí, že k zdroj obsahuje vyššie frekvencie ako f0 tak emisia nastáva. Ak neobsahuje vyššie frekvencie ako f0 emisia nenastáva. Toto nevie vysvetliť klasická fyzika.
- rýchlosť vyletujúcich elektrónov s rastúcou f sa zväčšuje (len ak f►f0). Zistilo sa, že s rastúcou intenzitou žiarenia prúd, kt. tečie obvodom rastie. S rastúcou intenzitou žiarenia sa zväčšuje počet emitovaných elektrónov

Rovnica fotoelektrického javu- Einsteinova rovnica
- na to, aby elektrón vystúpil z kovu potrebuje určitú energiu

Planckova konštanta- h= 6,625.10-34 J.s
1 eV- elektrónvolt- jednotka, kt. sa používa bežne v kvantovej fyzike
- E, kt. získa elektrón ak prejde z bodu A do bodu B, medzi kt. je napätie 1volt(od nižšieho potenciálu na vyšší)
1eV= 1,6.10-19C
1,pre každý kov existuje hraničná frekvencia f0. f►f0- uvoľňujú sa elektróny, f◄f0- neuvoľňujú sa elektróny
2,f►f0- veľkosť prúdu je úmerná intenzite dopadajúceho žiarenia
3,E elektrónu z katódy sa zväčšuje sa zväčšovaním f dopadajúceho žiarenia. E uvoľnených elektrónov nezávisí od intenzity dopadajúceho žiarenia

Comptonov jav
- dokázanie skutočnej existencie fotónov
- dôkaz Einsteinovej hypotézy- rozptyl röntgenového žiarenia na elektrónoch
fotónová hypotéza- keď sa na fotón pozeráme ako na časticu, potom rozptyl fotónu na elektróne môžeme chápať ako zrážku fotónu s elektrónom v atóme uhlíka. Pri zrážke odovzdá fotón časť svojej E elektrónu.

Svetelné kvantá alebo svetelné vlny?
Fotón je častica mikrosveta, kt. má aj vlastnosti časticové(E+hybnosť), vlnové(schopný sám vyvolať interferenciu) avšak nie je to ani častica ani vlna, pretože niektoré vlastnosti nemá. O fotóne sa všetko nedá povedať- určiť polohu a hybnosť sa nedá úplne presne.

Objav elektrónu
Thomsonov pudingový model atómu- pri elektrických výbojoch plynov objavil elektrón, zistil, že tam vzniká nejaká častica, kt. je veľmi ľahká(ľahšia ako atóm- 2000x menšia)
e = 1,6.10-19C me = 9,1.10-31kg
Rutherfordov planetárny model atómu- pri bombardovaní atómov zistil, že α častice sa rozptyľujú pod oveľa väčším uhlom ako podľa Thomsonovho modelu. Niektoré sa vracali aj naspäť. Zistil, že hmotnosť a kladný náboj atómu je sústredený vo veľmi malom priestore- jadre atómu(hustota jadra= 1018 kg.m-3
- nedokázal vysvetliť stabilitu atómu(pri vyžarovaní by mal elektrón padnúť do jadra, nevedel vysvetliť jemnú štruktúru spektrálnych čiar) a jadrový charakter spektra atómu

Bohrov kvantový model atómu- zlepšený Rutherfordov model
- hmotnosť je sústredená v jadre; zaviedol do E atómu kvantové podmienky:
1, atóm(elektrónový obal) sa môže nachádzať len v istých kvantových stavoch len s presne určenými hodnotami E
2, ak atóm prechádza z vyššej E do nižšej E vyžiari fotón s En – Em= h.f
-stav E1- najnižšia E- základný stav- nemôže žiariť;
- stav E2 a E3 je to každá stav s vyššou R- vzbudený, excitovaný
atóm vodíka: E1= -13,6 eV E2= -3,4 eV E3= -1,4 eV E4= -0,9 eV

Franck-Hertzov pokus
- potvrdenie kvantovania atómov. Kvantovanie E atómu sa v pokuse prejavilo v procese bez prítomnosti fotónov
- dostať vzduch z trubice
-kvantovanie sa prejavovalo bez prítomnosti fotónu

Laser(1960-Einstein)
- zosilňovač svetla stimulovanou E žiarenia; Spôsob prechodu atómu z 1. stavu do stavu 2.:
1, Spontánna emisia- bez vonkajšieho vplyvu; samovoľný prechod
2, Stimulovaná emisia- emisia pod účinkom dopadajúceho fotónu- vyžiari vlastný fotón, stimulujúci fotón, vytvorí rovnaký stimulovaný fotón(rovnaká F, smer šírenia a fáza)
3, Ak atóm pohltí fotón, prejde zo základného stavu do vzbudeného stavu

Rubínový laser
-osvetlenie rubínového kryštálu svetlom s E fotónov 2,2 eV atóm Cr zo stavu E1 prejde do E3 , kde zotrvá veľmi krátko a z tohto stavu sa veľmi krátky (10-6s) a prejde do E2 pričom tento stav je oveľa stabilnejší- metastabilný stav.
-fotón, kt. spontánnou emisiou prejde zo vzbudeného stavu do základného a má smer osi sa na svojej dráhe bude postupne zosilňovať stimulovaním vzbudených atómov→z kryštálu cez polopriepustné zrkadlo→intenzívny laserový lúč

Vlastnosti a využitie laserového lúča
●veľmi veľká hustota E- sústredená do úzkeho lúča- rezanie, tavenie, zváranie
●veľmi úzky zväzok s veľmi malou rozbiehavosťou
●monofrekvenčnosť prenos info(elektricky alebo opticky)
●koherentnosť- z laserového lúča vychádza neporušená vlna
- meranie kozmických vzdialeností; diaľkové riadenie(vesmírne lode), navádzacie systémy, holografia(záznam 3D predmetu)