![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Фундаментальные (бесструктурные) частицы ⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2
§ лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10− 18 м. § кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. § калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия: § фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие; § восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие; § три промежуточных векторных бозона W +, W − и Z 0, переносящие слабое взаимодействие; § гравитон — гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие § Билет №30 «Электропроводность металлов.Сверхпроводимсоть.Температурные зависимости проводимости» § теория электропроводности, основывающаяся на квантовой механике и квантовой статистике Ферми — Дирака, — пересмотрела вопрос об электропроводности металлов, рассмотренный в классической физике. Расчет электропроводности металлов, выполненный на основе этой теории, приводит к выражению для удельной электрической проводимости металла § § п — концентрация электронов проводимости в металле, á lF ñ — средняя длина свободного пробега электрона, имеющего энергию Ферми, á uF ñ — средняя скорость теплового движения такого электрона. § § Общность эффектов, наблюдаемых в сверхпроводящем состоянии различных металлов, их соединений и сплавов, указывает на то, что явление сверхпроводимости обусловлено физическими причинами, общими для различных веществ, т. е. должен существовать единый для всех сверхпроводников механизм этого явления. § Качественно явление сверхпроводимости можно объяснить так. Между электронами металла помимо кулоновского отталкивания, в достаточной степени ослабляемого экранирующим действием положительных ионов решетки, в результате электрон-фононного взаимодействия (взаимодействия электронов с колебаниями решетки) возникает слабое взаимное притяжение. Это взаимное притяжение при определенных условиях может преобладать над отталкиванием. В результате электроны проводимости, притягиваясь, образуют своеобразное связанное состояние, называемое куперовской парой. «Размеры» пары много больше (примерно на четыре порядка) среднего межатомного расстояния, т. е. между электронами, «связанными» в пару, находится много «обычных» электронов. § § Билет №31 «Дырочня проводимость.ПРимесная проводимость.Зпрещенные зоны.Валентная зона.Зона проводимости» § Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, называется примесной проводимостью, а сами полупроводники — примесными полупроводниками. Примесная проводимость обусловлена примесями (атомы посторонних элементов), а также дефектами типа избыточных атомов (по сравнению со стехиометрическим составом), тепловыми (пустые узлы или атомы в междоузлиях) и механическими (трещины, дислокации и т. д.) дефектами. Наличие в полупроводнике примеси существенно изменяет его проводимость. §, в полупроводниках с примесью, валентность которой на единицу больше валентности основных атомов, носителями тока являются электроны; возникает электронная примесная проводимость (проводимость n -типа). Полупроводники с такой проводимостью называются электронными (или полупроводниками n -типа). Примеси, являющиеся источником электронов, называются донорами, а энергетические уровни этих примесей — донорными уровнями. § § в полупроводниках с примесью, валентность которой на единицу меньше валентности основных атомов, носителями тока являются дырки; возникает дырочная проводимость (проворность p -типа). Полупроводники с такой проводимостью называются дырочными (или полупроводниками p -типа). Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны полупроводника, называются акцепторами, а энергетические уровни этих примесей — акцепторными уровнями. § Энергия внешних электронов может принимать значения в пределах, называемых разрешенными энергетическими зонами. Каждая разрешенная зона «вмещает» в себя столько близлежащих дискретных уровней, сколько атомов содержит кристалл: чем больше в кристалле атомов, тем теснее расположены уровни в зоне. Расстояние между соседними энергетическими уровнями в зоне составляет приблизительно 10–22 эВ. Так как оно столь ничтожно, то зоны можно считать практически непрерывными, однако факт конечного числа уровней в зоне играет важную роль для распределения электронов по состояниям. § Разрешенные энергетические зоны разделены зонами запрещенных значений энергии, называемыми запрещенными энергетическими зонами. В них электроны находиться не могут. Ширина зон (разрешенных и запрещенных) не зависит от размера кристалла. Разрешенные зоны тем шире, чем слабее связь валентных электронов с ядрами. § § Билет №32 «Работа выхода.Термоэлектронная эмиссия.Контактная разность потенциалов» § Термоэлектро́ нная эми́ ссия явление испускания электронов нагретыми телами. Концентрация свободных электронов в металлах достаточно высока, поэтому даже при средних температурах вследствие распределения электронов по скоростям (по энергии) некоторые электроны обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера на границе металла. С повышением температуры число электронов, кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода, растет, и явление термоэлектронной эмиссии становится заметным. § свободные электроны при обычных температурах практически не покидают металл. Следовательно, в поверхностном слое металла должно быть задерживающее электрическое поле, препятствующее выходу электронов из металла в окружающий вакуум. Работа, которую нужно затратить для удаления электрона из металла в вакуум, называется работой выхода. Укажем две вероятные причины появления работы выхода: § Разность потенциалов D j в этом слое, называемая поверхностным скачком потенциала, определяется работой выхода (А)электрона из металла: § где е — заряд электрона. Так как вне двойного слоя электрическое поле отсутствует, то потенциал среды равен нулю, а внутри металла потенциал положителен и равен D j. Потенциальная энергия свободного электрона внутри металла равна — е D j и является относительно вакуума отрицательной. § § Работа выхода выражается в электрон-вольтах § Работа выхода зависит от химической природы металлов и от чистоты их поверхности § Вольта экспериментально установил два закона: § 1. Контактная разность потенциалов зависит лишь от химического состава и температуры соприкасающихся металлов. § 2. Контактная разность потенциалов последовательно соединенных различных проводников, находящихся при одинаковой температуре, не зависит от химического состава промежуточных проводников и равна контактной разности потенциалов, возникающей при непосредственном соединении крайних проводников. § разность потенциалов, равна § Разность потенциалов обусловленная различием работ выхода контактирующих металлов, называется внешней контактной разностью потенциалов. Чаще говорят просто о контактной разности потенциалов, подразумевая под ней внешнюю. § Если уровни Ферми для двух контактирующих металлов не одинаковы, то между внутренними точками металлов наблюдается внутренняя контактная разность потенциалов, которая, как следует из рисунка, равна § § § Билет №33 «Контактные явления в полупроводниках» § КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ - неравновесные электронные явления, возникающие при прохождении электрич. тока через контакт полупроводника с металлом или электролитом или через контакт двух различных полупроводников (гетеропереход)либо через границу двух областей одного и того же полупроводника с разным типом носителей заряда и разной их концентрацией. § Приведение в контакт двух разл. материалов сопровождается перетеканием носителей (для определённости электронов) из одного в другой и образованием контактной разности потенциалов VK. Напряжённость поля контактной разности потенциалов плавно убывает в глубь полупроводника, вызывая приконтактный изгиб краёв энергетич. зон (валентной зоны и зоны проводимости). Направление изгиба и его величина зависят от знака и величины VK, определяемой разностью работ выхода, а также от знака и концентрации локализованных на поверхности раздела зарядов (адсорбированные ионы, заряженные поверхностные дефекты и др., см. ниже). § Инжекция становится заметной, если плотность тока § § где n - концентрация электронов основных носителей заряда в полупроводнике, D - их коэф. диффузии, RD - дебаевский радиус экранирования, е - элементарный заряд. С ростом тока проводимость полупроводника всё более определяется инжектированными электронами, рост концентрации к-рых ограничивается их объёмным зарядом (токи, ограниченные пространств. зарядом). В результате проводимость образца становится существенно нелинейной. Электрич. сопротивление омич. контакта с обогащённым слоем увеличивается при наличии диэлектрич. прослойки Д между металлом и полупроводником (напр., окисла металла, рис. 3). Из-за туннельной проницаемости прослойки проводимость её при малых толщинах § Билет №34 «Термоэлектрические явления» § Согласно второму закону Вольта, в замкнутой цепи, состоящей из нескольких металлов, находящихся при одинаковой температуре, э.д.с. не возникает, т. е. не происходит возбуждения электрического тока. Однако если температура контактов не одинакова, то в цепи возникает электрический ток, называемый термоэлектрическим. Явление возбуждения термоэлектрического тока (явление Зеебека), а также тесно связанные с ним явления Пельте и Томсона называются термоэлектрическими явлениями.0 § 1. Явление Зеебека. в замкнутой цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между которыми имеют различную температуру, возникает электрический ток. § электродвижущая сила прямо пропорциональна разности температур в контактах: § Эта э.д.с. называется термоэлектродвижущей силой. § Причина возникновения термоэлектродвижущей э.д.с. ясна из формулы, определяющей внутреннюю контактную разность потенциалов на границе двух металлов. Сумма скачков потенциала отлична от нуля, это приводит к возникновению термоэлектрического тока. § Явление Зеебека используется для измерения температуры. Для этого применяются термоэлементы, или термопары—датчики температур, состоящие из двух соединенных между собой разнородных металлических проводников. Чувствительность термопар выше, если их соединять последовательно. § 2. Явление Пельтье при прохождении через контакт двух различных проводников электрического тока в зависимости от его направления помимо джоулевой теплоты выделяется или поглощается дополнительная теплота. Таким образом, явление Пельтье является обратным по отношению к явлению Зеебека. В отличие от джоулевой теплоты, которая пропорциональна квадрату силы тока, теплота Пельтье пропорциональна первой степени силы тока и меняет знак при изменении направления тока. § 3. Явление Томсона при прохождении тока по неравномерно нагретому проводнику должно происходить дополнительное выделение (поглощение) теплоты, аналогичной теплоте Пельтье. Так как в более нагретой части проводника электроны имеют большую среднюю энергию, чем в менее нагретой, то, двигаясь в направлении убывания температуры, они отдают часть своей энергии решетке, в результате чего происходит выделение теплоты Томсона. Если же электроны движутся в сторону возрастания температуры, то они, наоборот, пополняют свою энергию за счет энергии решетки, в результате чего происходит поглощение теплоты Томсона. § Билет №35 «Основные свойства атомного ядра» § Э. Резерфорд, атомные ядра имеют размеры примерно 10–14 — 10–15 м (линейные размеры атома примерно 10–10 м). § Атомное ядро состоит из элементарных частиц — протонов и нейтронов § Протон (р) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу покоя тр= 1, 6726× 10–27кг» 1836 тe, где тe — масса электрона. Нейтрон (n) — нейтральная частица с массой покоя тп= 1, 6749× 10–27кг»1839 тe. Протоны и нейтроны называются нуклонами (от лат. nucleus — ядро). Общее число нуклонов в атомном ядре называется массовым числом А. § Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, где Z — зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Менделеева § Так как атом нейтрален, то заряд ядра определяет и число электронов в атоме. Заряд ядра определяет специфику данного химического элемента, т.е. определяет число электронов в атоме, конфигурацию их электронных оболочек, величину и характер внутриатомного электрического поля. § Ядра с разными числами нейтронов N=A–Z называются изотопами, а ядра с одинаковыми А, но разными Z —изобарами. Радиус ядра задается эмпирической формулой § § где R 0 = (1, 3¸ 1, 7)10–15 м. Однако при употреблении этого понятия необходимо соблюдать осторожность (из-за его неоднозначности, например из-за размытости границы ядра). Из формулы вытекает, что объем ядра пропорционален числу нуклонов в ядре. Следовательно, плотность ядерного вещества примерно одинакова для всех ядер (»1017 кг/м3). § Билет №36 «Масса и энергия связи.Дефект массы.Деление тяжелых и синтез легких ядер» § Массу ядер очень точно можно определить с помощью масс-спектрометров — измерительных приборов, разделяющих с помощью электрических и магнитных полей пучки заряженных частиц (обычно ионов) с разными удельными зарядами Q/m. Масс-спектрометрические измерения показали, что масса ядра меньше, чем сумма масс составляющих его нуклонов. § Энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи ядра. § для энергии связи ядра пользуются формулой § § где m H — масса атома водорода. Так как m H больше mp на величину me, то первый член в квадратных скобках включает в себя массу Z электронов. Но так как масса атома т отличается от массы ядра т я как раз на массу Z электронов, то вычисления по формулам приводят к одинаковым результатам. § Величина § называется дефектом массы ядра. На эту величину уменьшается масса всех нуклонов при образовании из них атомного ядра. § Часто вместо энергии связи рассматривают удельную энергию связи dE св — энергию связи, отнесенную к одному нуклону. Она характеризует устойчивость (прочность) атомных ядер, т. е. чем больше dE св, тем устойчивее ядро. § наиболее устойчивыми с энергетической точки зрения являются ядра средней части таблицы Менделеева. Тяжелые и легкие ядра менее устойчивы. § Билет №37 «Ядерные силы.Модели ядра.Мезоны» § ядерные силы - особые, специфические для ядра силы, значительно превышающие кулоновские силы отталкивания между протонами. § Ядерные силы относятся к классу так называемых сильных взаимодействий. § Перечислим основные свойства ядерных сил: § 1) являются силами притяжения; § 2) являются короткодействующими — их действие проявляется только на расстояниях примерно 10–15 м. § 3) свойственна зарядовая независимость: ядерные силы имеют неэлектрическую природу; § 4) свойственно насыщение, § 5) зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. § 6) не являются центральными § Капельная модель ядра основана на аналогии между поведением нуклонов в ядре и поведением молекул в капле жидкости. Существенное отличие ядра от капли жидкости в этой модели заключается в том, что она трактует ядро как каплю электрически заряженной несжимаемой жидкости (с плотностью, равной ядерной), подчиняющуюся законам квантовой механики. § 2. Оболочечная модель ядра Оболочечная модель предполагает распределение нуклонов в ядре по дискретным энергетическим уровням (оболочкам), заполняемым нуклонами согласно принципу Паули, и связывает устойчивость ядер с заполнением этих уровней. Считается, что ядра с полностью заполненными оболочками являются наиболее устойчивыми. § обобщенная модель ядра (синтез капельной и оболочечной моделей), § оптическая модель ядра (объясняет взаимодействие ядер с налетающими частицами) § Нейтральный пион распадается на два g -кванта: § Существуют положительный (p+), отрицательный (p–) (их заряд равен элементарному заряду е) и нейтральный (p0) мезоны. § Распад заряженных пионов происходит в основном по схемам § § Билет №38 «Радиоактивность.Постоянная распада.Альфа, бета и гамма-излучения» § Радиоактивность - способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Радиоактивность подразделяется на естественную и искусственную. Принципиального различия между этими двумя типами радиоактивности нет, так как законы радиоактивного превращения в обоих случаях одинаковы. § Радиоактивное излучение бывает трех типов: a -, b- и g -излучение. § a -Излучение отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью § b -Излучение отклоняется электрическим и магнитным полями; его ионизирующая способность значительно меньше, а проникающая способность гораздо больше, чем у a -частиц. b -Излучение представляет собой поток быстрых электронов § g -Излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью g -Излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны l< 10–10 м и вследствие этого — ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. является потоком частиц — g -квантов (фотонов). § Теория радиоактивного распада строится на предположении о том, что радиоактивный распад является спонтанным процессом, подчиняющимся законам статистики: § где l — постоянная для данного радиоактивного вещества величина, называемая постоянной радиоактивного распада; знак минус указывает, что общее число радиоактивных ядер в процессе распада уменьшается. § Суммарная продолжительность жизни d N ядер равна t|dN|=lNt d t. Проинтегрировав это выражение по всем возможным t (т. е. от 0 до ¥) и разделив на начальное число ядер N 0, получим среднее время жизни t радиоактивного ядра: § § Таким образом, среднее время жизни t радиоактивного ядра есть величина, обратная постоянной радиоактивного распада l.
|