Atomfizika Fizika kurzus Dr. Seres István
Történeti áttekintés J.J. Thomson (1897) Katódsugárcsővel végzett kísérleteket az elektron fajlagos töltésének (e/m) meghatározására. A katódsugarat alkotó részecskét (elektront) az atom építőkövének tartotta. J.J. Thomson és az általa használt katódsugárcső1897 körül J.J. Thomson
Történeti áttekintés J.J. Thomson (1897) A Thomson által használt katódsugárcső
Történeti áttekintés J.J. Thomson (1897) Idézet J.J. Thomson 1904-ben publikált cikkéből:» Feltételezzük, hogy egy homogén pozitív töltésű homogén gömbben mozognak töltött részecskék.... Thomson mazsolás puding modellje
Történeti áttekintés Ernest Rutherford (1911) Rutherford alfa részecskéket tanulmányozott 1898-tól (ő fedezte fel őket). 1909-ben egy kísérlet során nagyon meglepő kísérleti eredményeket kapott, amit meg kellett magyaráznia Ernest Rutherford
Rutherford kísérlet
Rutherford kísérlet
Rutherford kísérlet Detector Alpha particle emitter Metal foil
Rutherford kísérlet eredménye Kisméretű, pozitív töltésű atommag negatív töltésű elektronok relatíve nagy térfogatban eloszolva
Rutherford kísérlet eredménye Probléma a Rutherford modellel. A 0. század elején felfedezték, hogy az anyag által kibocsátott illetve elnyelt fény nem folytonos spektrumú, hanem csak bizonyos frekvenciákat tartalmaz. A gyorsuló töltés sugároz (röntgen sugárzás) Hélium Oxigén Xenon
Bohr modell Niels Bohr (19) Rutherford felfedezte az atommagot, és igazolta, hogy negatív töltésű elektronok keringenek körülötte. Bohr ezt azzal egészítette ki, hogy az elektronok csak bizonyos pályákon keringhetnek. Igazolta, hogy a külső pályákon több elektron lehet mind a belsőkön, és hogy a külső pályák határozzák meg a kémiai tulajdonságokat. 19-ben Nobel díjat kapott az atom struktúrájának meghatározásában végzett munkájáért. Niels Bohr
Bohr modell k Ze e r m v r Rutherford mvr n h Bohr A két egyenletből r és v kiszámolható: v(n) kze nh r(n) h m4 kze n
Bohr modell r(n) E(n) h m4 kze 1 mv k n Ze e r(n) v(n) kze h A két értékből az energia kiszámolható: 1 n E(n) 1 m4 k h Z e 4 1 n kze m4 h Ze 1 n
Bohr modell 4 n 1 h e Z k m4 1 E(n) 4 0 h e Z k m4 1 E Tehát az elektron energiája az atomban: E 0 ra az alábbi jelölést bevezetve: 0 n E (n) E
Bohr modell Energiaszintek H atom E 0 1 E(n) m4 k h Z H atomra (Z=1): e 4 E n 0 18 E0.1810 J 13.6 ev 07m07an1.mov
Bohr modell Mennyi energiát kell egy elektronnal közölni, hogy az E 1 energiaszintről az E 3 energiaszintre ugorhasson? 1.1 ev 1 1 3 1 13.6 n 1 n 1 E E E E i f 1 i f
Bohr modell Mikor bocsát ki elektromágneses hullámot (pl. fényt) az atom?
Fehér fény Ibolya Vörös Rés Prizma Fényforrás
Atom által kibocsátott spektrum (pl. izzó gáz) Rés Prizma Atomi fényforrás Film
Planck Planck-féle kvantumfeltétel: Egy foton energiája (J) e = hf Planck állandó (6.63 x 10-34 J s) Frekvencia (s -1 )
Bohr modell és Planck feltétel együtt Energiaszintek közötti különbség megegyezik a kibocsátott energiával: 1 1 E E n m 0 Innét a kibocsátott frekvencia: E0 1 1 f h n m hf
Bohr modell Hidrogén spektruma 434.0 nm 410.1 nm 486.1 nm 656.3 nm
Hidrogén spektruma a Bohr modell alapján Elektron gerjesztés + n=1 Fénykibocsátás n= n=3
Energia Hidrogén spektruma a Bohr modell alapján A látható fény tartományába eső színképvonalakat Balmer sorozatnak nevezzük. 6 5 4 3 1 Ultraibolya Lyman Látható Balmer Infravörös Paschen n
Hidrogén spektruma a Bohr modell alapján
Emissziós színképek Hélium Oxigén Xenon
Xenon emissziós színképe
Színkép elemzés Folytonos színkép Emissziós színkép Abszorpciós színkép
Színkép elemzés A Nap színképe
Színkép elemzés A Nap színképe
Színkép elemzés
Színkép elemzés Doppler effektus
Színkép elemzés Doppler effektus
Fotoeffektus Elektromágneses hullámmal (fénnyel) megvilágított fémlemezből elektronok lépnek ki => Einstein Foton hf energiával e fémlemez
Fotoeffektus
Fotoeffektus Einstein egyenlet: hf W ki 1 mv
Tömeg-energia ekvivalencia elv Einstein: E = mc Planck fotonra: E = hn A kettő kifejezéséből: Foton lendülete = mc = hn/c = h/l Fénynyomás?
De Broglie elmélet Hullám (pl. fény): Lendület = mc = hn/c = h/l De Broglie szerint ugyanez részecskékre: h l mv Gyakorlati alkalmazás: Neutron diffrakció L. de Broglie (189-1987)
De Broglie elmélet Elektron diffrakció 5-00 kev energiájú elektronokkal Alumínium fémmel Davisson & Germer 197
De Broglie elmélet Elektron mint hullám => állóhullám
De Broglie elmélet Elektron mint hullám => állóhullám A hullámhossz a kerület egész számú többszöröse: n l n h mv r mvr n h