1Atomu saveikos molekuleje samprata

Molekulė - maziausia medziagos dalelė, turinti esmines tos medziagos chemines savybes. Ji susideda is tokių pat ar skirtingų atomų.Atomus molekulėje į patvarią daugiaatomę sistemą sieja atomų sąveika, kuri dar vadinama cheminiu rysiu. Atomams susijungus į molekulę, jos optinis spektras labai skiriasi nuo atominio spektro, o būdingasis Rentgeno spektras nepakinta.Vadinasi tarpatominę sąveiką molekulėse lemia atomų valentiniai elektronai. Molekulės tarpatominių rysių tipai: joninis ir valentinis.

Joninis rysys.

Molekulėse kuriose sąveikaujantys atomai yra pavirtę priesingo zenklo krūvį turinčiais jonais, vadinamos joninėmis. Tarpatominis rysys, pasireiskiantis sių jonų elektrostatine trauka, vadinamas, joniniu. Darbas, kurį reikia atlikti norint isstumti sį elektroną is atomo, vadinamas jonizacijos energija ir lygus apie 5,1 eV. Issiskyręs energijos kiekis vadinamas elektroninio giminingumo energija. Isardant molekulę, reikia atlikti darbą A= V_d . Jis vadinamas molekulės disociacijos darbu.

Joninis rysys gali susidaryti tik tarp atomų, kurių elektronų isorinio sluoksnio s ir p posluoksniai labai skirtingai uzpildyti elektronais.

Valentinis rysys.

Gamtoje egzistuoja ir is vienodų atomų sudarytos molekulės, pvz. H₂, O₂, N₂. Valentinio rysio susidaryma lemia spinu orientacija. Kai jie antilygiagretūs, tai atomams suartėjant, sistemos energija pastebimai mazėja ir susidaro cheminis rysys. Tuomet persiklojant elektrono krūvio debesims, jų krūvio tankis erdvėje tarp branduolių labai padidėja. Galima sakyti, kad kiekvienas elektronas vienu metu priklauso abiem branduoliams. Sis rysys tarp atiomų vadinamas valentiniu ar kovalentiniu. Kai elektronų sukiniai lygiagretūs, jų krūvio debesų tankis tarp atomų sumazėja, ir cheminis rysys tarp atomų nesusidaro.

Elementu valentingumas

Atomo valentingumu vadinamas valentiniu jungčiu, kurias jis gali sudaryti, skaičius.

Molekuliniai spektrai. Rotaciniai, vibraciniai ir elektroniniai energijos lygmenys.

Elektromagnetiniai absorbcijos, emisijos ar kombinacinio issklaidymo spektrai, susidarantys dėl kvantinių suolių tarp laisvosios ar silpnai su kitomis sąveikaujančios molekulės energijos lygmenų, vadinamas molekuliniais. Norint nustatyti sių spektrų dėsningumus, reikia zinoti molekulės energijos israiską. Atome elektrono būseną nusako 4 kvantiniai skaičiai. Molekulė gali judėti sudėtingiau uz pavienį atomą: ji gali suktis arba atomai molekulėje gali virpėti. Molekulės būsenai nusakyti reikia daugiau ir kvantinių skaičių negu atomo būsenai nusakyti. Laisvosios molekulės energija W susideda is tokių dėmenų: jos masės centro slenkamojo judėjimo energijos W_s, molekulę sudarančių atomų branduolių energijos W_b, elektronų judėjimo ir sąveikos energijos W_e atome, molekulės kaip visumos  sukamojo judėjimo energijos W_r ir molekulę sudarančių atomų branduolių virpėjimo apie jų pusiausvyros padėtį energijos W_v. Pilnutinė energija W=W_s+W_b+W_e+W_v+W_r. Molekulės kaip ir siaip laisvosios dalelės slenkamojo judėjimo energija W_s yra nekvantuota ir ji spektrams įtakos neturi. Pastebimos įtakos molekuliniams spektrams neturi ir branduolių energija W_b, todėl į siuos dydzius nekreipiame dėmesio. Svarbiausius dėsningumus lemia energijos W'=W_e+W_v+W_r pokyčiai.

Rotaciniai energijos lygmenys.

Mokulę laikykime absoliučiai standzia ir besisukančia apie atomus jungiančiai tiesei statmeną asį, kuri eina pro molekulės masių centrą. Sios asies atzvilgiu molekulės inercijos momentą pazymėkime I_z. Tuomet molekulės sukamojo judėjimo energija

Čia L - molekulės rotacijos judesio kiekio momentas. Jis kvantinėje mechanikoje isreiskiamas lygybe, todėl čia jį uzrasysime sitaip:

(J=0, 1, 2, .) Jis vadinamas rotaciniu kvantiniu skaičiumi. Molekulės, kurios rotacinė būsena nusakoma dydziu J, sukamojo judėjimo energija isreiskiama taip:

Nuo molekulės sandaros priklausantis ir energijos vienetais matuojamas dydis B vadinamas molekulės rotacijos konstanta. Skirtumas tarp gretimų rotacinės energijos lygmenų yra sitoks:

Jis yra 10^-5-10^-3eV eilės. Is judesio kiekio momento tvermės dėsnio galimi tik suoliai į gretimą rotacinės energijos lygmenį.

Vibraciniai energijos lygmenys.

Rysys tarp atomų molekulėje yra tamprusis. Nuotoliui tarp atomų centrų pakitus dydziu

r-r₀ , atsiranda link pusiausvyros padėties nukreipta kvazitamprioji jėga - dėl to kiekvieno atomo branduolys virpa apie savo pusiausvyros padėtį (r=r₀). Jeigu virpesių amplitudė palyginti su r₀ yra labai maza, tai jie yra harmoniniai ir jiems tinka harmoniniai osciliatoriaus dėsningumai. Tokio osciliatoriaus energija isreiskiama lygtimi:

(v=0, 1, 2, ..); v-vibracinis kvantinis skaičius, n - nuo virpančios dalelės masės m ir sistemos kvazimetampriosios konstantos priklausantis virpėjimo daznis. Nuotolis tarp gretimų vibracinės energijos lygmenų yra vienodas ir lygus

Sis skirtumas yra 10^-2-10^-1 eV eilės. Esant dideliems vibraciniams kvantiniams skaičiams v, atomų sąveikos potencinė energija V(r) kinta ne parabolės dėsniu, vadinasi virpesiai yra anharmoniniai.

Molekulės elektronų lygmenys - tai atomo energijos lygmenys. Labiausiai si energija priklauso nuo pagrindinio kvantinio skaičiaus n. Kai kvantinio suolio metu kinta n, tai elektronų energijos pokytis DW_e yra keleto eV eilės ir gaunamas regimasis ar ultravioletinis spinduliavimas.

Vandenilio atomo emisijos ir absorbcijos spektrai. Visas atominio vandenilio spinduliavimo spektro serijas galima uzrasyti sitokia apibendrinta Balmerio formule:

w= R' ((1/n²)-(1/m²))

w- ciklinis daznis

R'- Rydbergo konstanta.

Kai n=1, o m= 2,3,4... gaunama Laimano serija

Kai n=2, o m=3,4.5,. gaunama Balmerio serija

Kai n=3, o m=4.5,6. gaunama Balmerio serija

Atomo spektras- atomo vidines strukturos atspindys.

n=T(n)-T(m)- spektro termas

Emisinio ir absorbcinio spektru suma yra vientisas spektras.Kiekviena horizontali linija vaizduoja atomo energija, kai jis yra stocionarioje busenoje.Energijos emisija vyksta, kai atomas is aukstesnio energetinio lygmens pereina i zemesni energijos lygmeni, o jei viskas vyksta atvirksciai tada vyksta energijos absorbcija.

Kvantiniu stiprintuvu ir generatoriu veikimo pricipas. Kvantiniu generatoriu praktinis naudojimas Įtaisas, kuriuo dėl indukuotųjų spindulinių suolių generuojamas n daznio signalas, vadinamas kvantiniu generatoriumi. Jeigu jis yra optinių daznių diapazone, tai prietaisas dar vadinamas lazeriu, arba optiniu kvantiniu generatoriumi, o jeigu mikrobangų diapazone - mazeriu. Kai toks įtaisas naudojamas n daznio isoriniam signalui stiprinti, tuomet jis vadinamas kvantiniu stiprintuvu. Jo veikimo principas visai toks pat kaip kvantinio generatoriaus.

Kiekvieną kvantinį generatorių sudaro rezonansinis stiprintuvas ir grįztamojo rysio elementai. Stiprintuvą sudaro aktyvioji medziaga ir jos zadinimo energijos saltinis. Grįztamojo rysio grandinę sudaro atviras rezonatorius, t.y. du tam tikru nuotoliu įtaisyti lygiagretūs veidrodziai. Vienas jų, yra pusiau skaidrus.. Kad būtų generuojamas spinduliavimas, rezonatoriaus ilgis irgi turi tenkinti tam tikras sąlygas todėl, kad elektromagnetinis spinduliavimas turi ir bangų savybių. Spinduliavimo stiprėjimas kvantiniame generatoriuje reiskia, kad nepaliaujamai didėja bangos amplitudė. Pasiekus rezonansą ji pasidaro didziausia.Tai įvyksta tuomet, kai rezonatoriaus ilgyje telpa generuojamų bangų sveikasis pusbangių skaičius, t.y. , (n = 1,2,3,.) Kvantiniai generatoriai gali dirbti dvejopu rezimu. Jei aktyvioji medziaga optiskai zadinama impulsine lempa, tai generuojamo impulso trukmė beveik tokia pat. Kiti kvantiniai generatoriai gali veikti ir tolydiniu rezimu. Sitaip veikia helio ir neono dujų misinio lazeriai.

5 Kvantinės elektronikos taikymas

Kvantiniai stiprintuvai pasizymi dideliu jautrumu ir ypač zemu triuksmų lygiu. Keletas taikymo atvejų:

Radijo rysio sistemose kaip nesančioji banga galės būti panaudota lazerio sviesa.

Sukurti lazeriniai interferometrai, skirti poslinkiams bei nuotoliams matuoti.

Monochromatinį kryptingą lazerio sviesą sufokusavus į kelių miikro metrų plotelį galima vakuume arba per skaidrų sluoksnį lydyti, garinti, pjaustyti, gręzti įvairias medziagas.

Lazerio sviesa taikoma holografijoje.

Labai plati kvantinės elektronikos taikymo sritis yra radiospektroskopija.

Pasiskirstymo funkcija. Bozes-Einsteino, Fermio-Dirako skirtiniai.Bozonai ir fermijonai.

f(w) parodo vidutini daleliu skaiciu, kurios uzima busenas su energija w Jei turime energijos intervale w, w+dw, tai tokiome intervale galimu skaicius yra proporcingas energijos intervalui G(w)=dw

G(w)=g(w)*dw, G-busenu tankis, parodo busenu skaicius vienetiniame energijos intervale.Daleliu skaicius, kuriu energija yra w, n+dn bus dN

dN=f(v)g(N)dw

Daleles, kurios sukinio kvantini skaiciu S turi pusines reiksmes vad. Fermionais, todel galios Fermi-Dirako desnis.

Daleles, kuriu S yra sveiki skaiciai vadinami bozonais, joms galios einsteino statistika.

Boze-Einsteino kvantine statistika:
galioja dalelems su sveiku sukiniu- bozonams.Joms galioja Pauli draudimo principas, t.y. kiekvienoje kvantu busenoje gali buti bet kiek tu daleliu..

.

i-kvantiniu skaiciu aprasanciu daleles buvi rinkinys

-cheminis potencialas

k- Bolcmano konstanta

Jei dujos isretintos tai e((Ec- )/kT))>>1 Jei =0 tai sistema yra su kintamu daleliu skaiciumi.

Fermio ir Dirako pasiskirstymas

Jei kvantinę sistemą sudaro tokios dalelės, kurių būsena aprasoma antisimetrinėmis banginėmis funkcijomis (pvz. elektronai), tuomet sistemoje negali būti dviejų visais vienodais kvantiniais skaičiais aprasomų dalelių. Sitokios dalelės vadinamos Fermio dalelėmis arba fermionais. Dėl to kiekvienai energijos vertei w_i susumavus lieka tik du nariai, atitinkantys dalelių skaičių

n_i = 0 ir n_i = 1. Abiem siais atvejais būsenų skaičius W(n_i) = 1. Atsizvelgę i tai rasome Fermio ir Dirako pasiskirstymą:

Funkcija f(w_i) rodo energijos lygmens uzpildymo tikimybę.

Fermio energija. Elektroninių dujų cheminis potencialas dar vadinamas Fermio energija w_F=μ, todėl jiems pasiskirstymą galima perrasyti sitaip:

Elektronines dujos.Fermio energija.

Laidumo arba laisvieji elektronai kristale ar plazmoje vadinami elektroninėmis dujomis. Elektronų sukinio kvantinis skaičius s = ½, todėl jų būsena aprasoma antisimetrine bangine funkcija, o jų pasiskirstymas pagal energijas nusakomas Fermio ir Dirako dėsniu. Elektroninių dujų cheminis potencialas dar vadinamas Fermui energija w_F = m, todėl jiems pasiskirstymą galima perrasyti taip:

;

0 K temperatūroje funkcijos f(w) grafikas yra stačiakampio pavidalo.

Aukstesnėje temperatūroje (T > 0 K) elektronai gali įgyti ir didesnes uz w_F energijos vertes. Fermio energija apibrėziama sitaip: tai energija lygmens, kurio uzpildymo elektronais tikimybė lygi ½. Funkcijos grafikai kai (T > 0 K) parodyti brėzinyje b, 1 ir 2 kreivėmis, be to, temperatūra T₁ < T₂.

Fotonai. Metalu silumine talpa. Fotonai - sviesos greiciu sklindantys elektromagnetinio lauko energijos kvanto. Ju rimties mase m₀=0 Jiems budingas sukinys ir jo kvantinis skaicius s=1 todel fotonai yra bezonai. Fotonas stabili elementarioji dalele.

Silumine talpa- silumos kiekis, kuri reikia suteikti tam tikram kiekiui duju, kad ju temperaturai pakelti vienu laipsniu. Klasikineje teorijoje i tas dujas ziurima kaip i ideliasias dujas ir joms taikoma Maksvelio-Bolcmano statistika. Pagal sia teorija bendra metalu silumine talpa turetu buti C=3R+3/2R

Fermi- Dirako teorijoje silumine talpa itakos turi elektronai, suzadinti virs fermio lygmens:

C=(RkT)/E_F

Fononai

kinta diskrečiai, o tampriuju bangu minimalu energijos pokyti, t.y.

gardeles elementaruji zadinimą, vadina fononu. Taigi, suzadintas osciliatorius savo perteklinę

energiją perduoda siluminei bangai, t.y. fononui, "sukurdamas" vieną, o kartais kelis fononus. Pagal

de Broilio ideją kiekvieną bangą galima pakeisti tam tikra kvazidalele (t.y. netikra dalele). Tuomet

tampriajai bangai atitiks kvazidalele, kuri ir vadinama fononu. Fonono energija lygi osciliatoriaus lygus energijos kvantu energijai

Naudojant fononu sąvoką paprasčiau yra tirti kietojo kuno savybes. Tuomet atomai, molekules ar

jonai bus jo strukturiniai vienetai, o fononai atliks judesio kietajame kune neseju vaidmeni, t.y.

daleliu siluminiai virpesiai pakeičiami fononu srautu. Si fononu visuma vadinama fononinemis dujomis

Metalai, puslaidininkiai ir dielektrikai juostines teorijos poziuriu.Kietojo kuno juostines teorijos paziuriu skirtingas ivaoriu kietuju kunu elektrines savybes galima paaiskinti siomis priezastimis:

1.skirtingo plocio draustinemis energijos juostomis.

2.Tuo kad energijos juostos nevienodai uzpildytos elektronais.Kad kietasis kunas butu laidus turi buti laisvuju energijos lygmenu I kuriuos pasalinio elektrinio lauko jegos galetu perkelti alektronus.

Metaluose virsutine juosta (velentine) turinti tik is dalies uzpildyta juosta elektronais.Joje yra laisvuju energijos lygmenu.Gaves maza energijos prieda elektronas gali persoktii kita toje pacioje juostoje.Toks kunas yra elektros sroves laidininkas..Metalu valentine juosta yra kartu ir laidumo juosta.jo valentine juosta uzpildyta elektronais juosta is dalies persikloja su laisvaja(laidumo) juosta (budinaga sarminiams zemes metalams.)

Kietieji kunai, kuriu elektronu busenu energijos spektra sudaro tik valentine ir laidumo juostas, yra puslaidininkiai ir dielektrikai.tai priklauso nuo ju draustines juostos plocio DW. Jei laidumo juosta nuo valentines juostos skiria nedidelio plocio draustine juosta [DW<(2-3)eV], tai elektronu perkelimas is valentines I laidumo juosta gali buti atliekamas lengvai.Toks kristalas -puslaidininkas. Jei kristalo draustines juostos plotis DW₀>3eV, tai erdvines gardeles mazguose esanciu daleliu siluminis judejimas negali perkelti elektronu is valentines I laidumo juosta.Toks kristalas -dielektrikas.Juostines teorijos poziuriu metalai skiriasi nuo dielektriku tuo,kad T=0K temp metalu laidumo juostoje nera.Dielektriku ir puslaidininkiu skirtuma apibudina draustines juostos plotis DW.

Superlaidumas Metalu elektrinis laidumas.:Teorijoje i elektronus ziurima kaip i idealiasias dujas.Veikiami elektrinio lauko jegos F=eE elektronai pradeda judeti kryptingai. Savitasis laidumas:

d=nev= (ne²/2m_e)*l/U

v- kryptinis elektronu greitis

l- vidutinis laisvasis greitis

U- siluminis greitis

Pagal Femi-Dirako kvantine statistika elektronai -issigimusios dujos.

d=(ne²l_F)/m_e*U_F

l-laisvasis prabegimo kelias

U- vidutinis siluminio greitis elektronams.

Superlaidumas. Kai kuriuose metaluose pasiekus l. mazas temperaturas, metalu laidumas pasidaro l. Didelis- superlaidumas. Jis aiskinamas elektroniniu poru susidarymu. Tai idealus diamagnetikas.

11.Metalu silumine talpa

Silumines talpos s¹voka. Jei kunui suteikus silumos kieki dQ , jo temperatura pakinta dydziu

dT , tai dydis

dT Q d C

vadinamas kuno silumine talpa. Ji priklauso nuo sildymo sąlygu. Nagrinejant kietuju kunu siluminę

talpą, ju mazo siluminio pletimosi dazniausiai nepaisoma, todel izobarine silumine talpa p C beveik

lygi izochorinei siluminei talpai

Gardeles silumine talpa. Is fononinio modelio isplaukia, kad kristalo gardeles vidine energija

lygi fononiniu duju energijai, t.y. visu kristalo fononu energiju sumai

Metalu el laidumas

vidutinis laisvasis kelias l nuo temperaturos nepriklauso ir apytiksliai lygus gardeles

konstantai . P.Drude gavo sitokią metalu savitojo laidumo israiską:

čia n - laisvuju elektronu tankis; m elektrono mase. Elektronu siluminio judejimo vidutinis greitis

12.Elektrinio laidumo kvantine teorija. Pagal sią teoriją elektriniame laidume dalyvauja tik arti

Fermio lygmens F W esantys elektronai (zr. Sudarius isorini elektrini lauką tik jie gali

dreifuoti kristale, pakildami i didesnes energijos laisvus lygmenis. Sie elektronai sudaro nedidelę

laisvuju elektronu dali. Todel Zomerfeldo teorijoje dydziai l ir v nusakomi Fermio energijos

elektronams. Ju vidutinis greitis nuo. Metalu temperaturos beveik nepriklauso.

Puslaidininkiai. Savasis ir priemaisinis laidumas. Kietieji kristaliniai kunai, kuriu T=0K temperaturoje:

1.valentine juosta uzpildyta elektronais.

2.draustine juosta pakankamai siaura

vadinami puslaidininkiais.

Gamtoje puslaidininkiai egzistuoja pavieniu elementu (Ge,Si, Se.. ir kt.) ir cheminiu junginiu (InSb,CdB,.. ir kt.) pavidale. Jie skirstomi i grynuosius ir priemaisinius.Grynieji- chemiskai svarus puslaidininkiai.ju elektrinis laidumas vadinamas savuoju laidumu.Grynuju puslaidininkiu elektrinis laidumas kuri salygoja elektronu judejimas , vadinamas n- tipo laidumu. O elektrinis laidumas , kuri salygoja kvazidaleles -skyles vad. P-tipo laidumu.

Susitikus laisvajam elektronui su skyle jie rekombinuojasi(susijungia).

Tai reiskia kad elektronas neutralizuoja skyles aplinkoje esanty perteklini teigiama elektros kruvi. Rekombinacijos metu is karto isnyksta du kruvininkai: laisvasis elektronas ir skyle.

Puslaidininkiu laidumas,kuri salygoja priemaisos vadinamas priemaisiniu laidumu.

Atomo branduolio mase, kruvis, spindulys, tankis, sukinys ir magnetinis momentas

Branduolio mase vad. p⁺ ir n⁰ skaicius branduolyje ir zymimas A(mases skaicius).U. Mozlis eksperimentiskai irode, kad atomo branduolio elektros kruvis yra tiesiog proporcingas atomo eiles numeriui Z periodineje elementu lenteleje ir isreiskiamas sandauga Ze. Todel keiciantis branduolio kruviui, vienas cheminis elementas virsta kitu. Taigi atomo branduolio elektros krūvis yra pati svarbiausia jo charakteristika.

Visu cheminiu elementu branduolio tankis yra mazdaug vienodas r_b=10¹⁷kg/m³. Branduolį galima laikyti rutuliu, kurio spindulys R priklauso nuo nukleonų skaičiaus A:

R 10­^-15A¹

.Protonas budamas vandenilio branduoliu turi magnetini momenta:
M_p=2.79 m_N -branduolio magnetonas

17 Atomo branduolio sandara i

Branduoliu vadina atomo centrinę dali, kurioje sutelkti visas teigimas kruvis ir beveik visa

atomo mase. Bet kurio elemento branduolys sudarytas is protonu (p) ir neutronu (n). Abi sios

daleles dar vadinamos nukleonais. Protonui priskiriamas elementarus teigimas kruvis

neutronas-neutralus

Laselinis modelis.

1936 m. J.Frenkelis pasiule, o N.Boras isvyste laselini modeli,

priskirdamas branduolinei medziagai skysčio savumus. Pagal si modeli nukleonai branduolyje,

panasiai kaip molekules laselyje, juda chaotiskai ir tik trumpasiekes ir stiprios branduolines jegos

islaiko nukleonus mazame branduolio turyje. Branduolines medziagos laselis yra ielektrintas, jos

tankis visuose branduoliuose yra praktiskai vienodas, o laselis, panasiai kaip skysčiai, yra mazai

spudus. Laselinis modelis paaiskina branduolines reakcijas, ju dalijimąsi, remiantis juo gauta

pusiauempirine nukleonu rysio energijos formule.

Sluoksninis branduolio modelis.

Pagal ji nukleonai branduolyje, panasiai kaip

elektronai atome, issidestę sluoksniais ir posluoksniais. Sluoksniu prigimti aiskinančios teorijos

remiasi viendaleliniu modeliu. Spejama, kad kiekvienas nukleonas juda suderintiname lauke, kuris

nera centrinis, todel nukleonu ir elektronu sluoksniai skiriasi.

Buvo pastebeta, kad esant tam tikram protonu ar neutronu skaičiui branduolyje, susidaro

stabilios ju busenos. Branduoliai yra patvarus, jei protonu skaičius Z , arba neutronu skaičius N

Sie skaičiai vadinami magiskaisiais. Magiskaisiais vadinami ir tokie branduoliai. Branduoliu

patvarumo reiskini sluoksninis modelis paaiskina atitinkamu sluoksniu pilnutiniu uzpildymu

Brandolines jegos

Siuo metu skiriamos keturios fundamentalios (elementarios) sąveikos: stiprioji, elektromagnetine,

silpnoji ir gravitacine. Visos jos, isskyrus gravitacinę, branduolio fizikoje yra svarbios. Visu

stipriausia yra stiprioji sąveika, uz ją 2 10 ~ kartu silpnesne yra elektromagnetine sąveika.

18 Branduolines jegos. Stiprioji sąveika jungia nukleonus branduolyje, o taip pat pasireiskia

dideles energijos daleliu duziuose. Stipriosios sąveikos jegos dar vadinamos branduolinemis

jegomis. Jos neleidzia nukleonams issiskirti ir islaiko branduoli pusiausvyroje, nepaisant to, kad tarp

branduolio protonu veikia elektromagnetines stumos jegos.

atstumas

19 Branduolio modeliai : 1).kolektyvinis judėjimas (lašelinis modelis). Jo esminis skirtumas nuo skysčio lašelio tas, kad pagal ji branduolį sudaro elektriškai įkrautas nespū dus skystis, kurio būseną aprašo kvantinė mechanika. 2).Dalelių nepriklausomas judėjimas (sluok sninis branduolio modelis). Pagal sią teoriją nukleonai branduolyje, panašiai, kaip elektronai atome sudaro tam tikrus posluoksnius ir sluoksnius.

Atomo branduolio nukleoninis modelis.(mase,kruvis,spindulys..ir kt.)Atradus atomo branduoli paaiskejo kad butent jis kinta radiaktyviojo skilimo metu. Is to tampa aiksu , kad atomo branduolys yra sudetinis. Rezerfordas a dalelemis apsaudydamas  azoto branduolius atrado protona.O Cedvikas tirdamas branduolines reakcijas atrado neutrona. Abi sios branduolio sudetines dalys vad. nukleonais. Branduolio mase vad. p⁺ ir n⁰ skaicius branduolyje ir zymimas A(mases skaicius).U. mozlis eksperimentiskai irode, kad atomo branduolio elektros kruvis yra tiesiog proporcingas atomo eiles numeriui Z periodineje elementu lenteleje ir isreiskiamas sandauga Ze. Todel keiciantis branduolio kruviui, vienas cheminis elementas virsta kitu.

Visu cheminiu elementu branduolio tankis yra mazdaug vienodas r_b=10¹⁷kg/m³. Branduoli galima laikyti rutuliu, kurio R -spindulys priklauso nuo nukleonu skaiciaus.R 10­^-15A^1/3;

Protonas budamas vandenilio branduoliu turi magnetini momenta:
M_p=2.79 m_N -branduolio magnetonas

Branduoliniu jegu savybes: Branduolyje tarp nukleonu turima labai stipri saveika, kuri vadinama stipriaja.Sia saveika apibudinancios jegos vadinamos branduolinemis jegomis.

Savybes:
1.Saveika (nukleonu) yra trumpaseke.

2.Ji nepriklauso nuo nukleofilo kruvines busenos: p⁺ su p⁺, p⁺ su n⁰, n⁰ su n⁰ saveikauja vienodai.

3.ji priklauso nuo saveikaujanciu nukleonu sukimu orientacijos.pvz: p⁺ su n⁰ sudaro deuterio branduoli ir tuomet, kai ju sukimai vienas kitam yra lygiagretus, branduolines jegos yra necentrines.

4.Branduolines jegos pasizymi isotinimu t.y. tarpusavyje saveikauja ne bet koks nukleonu skaicius.

Branduolio rysio energija.Specifine rysio energija.Mases defektas

Branduolio rysio energija lygi darbui kuri reikia atlikti skaldant branduoli I laisvus protonus ir neutronusbe papildomos kinetines energijos.Branduolio rysio energija galima isreiksti per Einsteino mases ir energijos sarysio lygtis:

DW=c²[Zm_p+(A-Z)m_n-m_b]

m_b-branduolio mase

A-mases skaicius

Z-atomo eiles numeris

m_n-neutrono mane

m_p-protono mase

c- daleles greitis

Eksperimentai parode kad atomo branduolio mase m_b yra keliomis desimtosiomis procento mazesne uz ji sudaranciu laisvuju nukleonu rimties masiu suma Zm_p+ Nm_n

Zm_p+(A-Z)m_n-m_b=Dm  Skirtumas Dm-vadinamas branduolio mases defektu , kuris nusako branduoli sudaranciu protonu ir  neutronu rysio stipruma.

Radiaktyviosios spinduliuotes ir medziagos saveika. Radiaktyviosios daleles a b g

Apie 200 nestabilių, sunkesnių uz Pb, elementų izotopų savaime spinduliuoja a daleles. Ją isspinduliavus, pirminio br krūvis sumazėja 2 elementariais vnt., o masės sk - 4. Sis skilimas vyksta pagal schemą

čia X ir Y zymi pirminio ir antrinio br chem. simbolius.

Tarp br nukleonų vyrauja trauka, todėl jų sąveikos energija yra neig. Is br islėkusiai a daleliai nutolus nuo jo atstumu r, didesniu uz br jėgų siekį r₀, tarp jo ir a dalelės dominuoja elektrostatinė stūma, tuomet jų sąveikos energija yra teig., ir isreiskiama lygybe:

Beta skilimas.Tai radioaktyvaus atomo br savaiminis virsmas naujo elemento br., kurio masės sk lygus pirminio elemento masės sk, o protonų sk branduolyje 1-tu pakinta ( DZ 1). Beta radioaktyviųjų br gyvavimo trukmė palyginti su branduoliniu laiku (10 s) yra l didelė.

b ir a patekusios i medziaga jonizuoja molekuliu atomus. a- dalele prasiskverbia negiliai.

b- jau skverbesnes, pasizymi jonizuojanciu poveikiu.

g- skvarbiausi spinduliai tiesiogiai medziagos daleliu nejonizuoja, o patekes i medziaga sukelia fotoefekta, Komptono efekta. Zmogaus organizme daleles jonizuoja baltymu molekules, o H2O molekules tampa peroksido molekulemis.Pasalinis poveikis:

1. Sukelia pakitimus kraujyje.

2. Itakoja genetini fonda.

3. Gali issaukti naviku atsiradima.

24.Radioaktyvusis suirimas , jo desnis ir desningumai. Radioaktyvumu vadinamas nestabiliu atomu branduoliu avaiminis kitimas, kurio metu spinduliuojami lengvesni branduoliai (pvz a-daleles arba subatomines daleles: elektronai pozitronai neutronai ir kt.) Radioaktyviojo skilimo desnis: radioaktyvusis skilimas yra statistinis reiskinys, todel negalima numatyti kada nestabilaus atomo branduolys suskils.Galima nurodyti tik jo skilimo tikimybe per tam tikra laiko tarpa.Atomo branduoliu skilimo sparta nusako statistinis teigiamas dydis l-skilimo konstanta.

N=N_0e^-lt N₀- pradinis branduoliu skaicius

N-branduoliu skaicius

l-skilimo konstanta.

Atvirkscias skilimo konstantai dydis t l-vad. nestabilaus atomo vidutine gyvavimo trukme.prabegus laiko tarpui t=t, radioaktyvusis branduoliu skaicius N yra e kartu mazasnis uz pradini N₀

Branduoliniu reakciju samprata, tipai, ju efektyvusis skerspjuvis:

Branduolinėmis reakcijomis vad atomų br, dalyvaujančių stipriojoje sąveikoje su kt br ar elementr dalelėmis, kitimas. Br reakcija vyksta pagal schemą:

X+a Y+b

Dalelėmis a ir b gali būti neutronas(n) protonas (p) deutronas(d) a dalelė ir g fotonas. Vienose br reakcijose energija iskiriama o kitose sugeriama, pirm vadinamos egzoterminėmis o antros endoterminėmis. Br reakcijoje dalyvaujančių dalelių stipriosios sąveikos tikimybė isreiskiama br reakcijos efektyviuoju sklersmeniu s santykis N/N₀ reiskia tikimybę , kad lekianti pro medz 1 dalelė sukelia br reakciją. Si tikimybė tiesiog proporcinga dydziui n arba

čia ploto dimenciją turintis proporcingumo koeficientas s vad br reakcijos efektyviupoju skersmeniu

Branduolių dalinimosi reakcija

Neutroną sugėręs urano branduolys dalinasi į dvi panasaus dydzio dalis. Taigi priverstinai pasidalijus sunkiam br., susidaro nauji periodinės lentelės viduryje esantys elementai.

Urano br padalija tik greitieji elektronai, kurių kin energy ne mazesnė kaip 1MeV, taigi sitokio br dalijimuisi sukelti reikalinga pakankamo didumo energija, vadinama dalijimosi aktyvacijos en arba daliojimosi slenksčiu.

Branduolių sintezės reakcija.

Reakcijos kuriose lengvųjų elementų branduoliai jungiasi, sudarydami sunkesnius branduolius, vadinamos branduolių sintezės reakcijomis. Jos visų pirma gautos labai aukstose temperatūrose, todėl sio tipo reakcijos dar vadinamos termobranduolinėmis. Kad įvyktų branduolių sintezė, jie turi suartėti iki atstumo r₀=2*10 ^-15m, nuo kurio jau ima veikti stiprioji saveika. Tokiam atstume branduolių elektrostatinės stūmos potencinė energija isreiskiama taip: .

Branduoliu savasis dalijimasis.Spontanines ir valdomos branduolines reakcijos

Dalijimosi metu atsiranda greitieji neutronai - kiekvieno jų vidinė energija apie 2 MeV. Tačiau po keleto susidūrimų su atomo branduoliais sių neutronų energija sumazėja - ji nesiekia 1 MeV.

Sprogstant vandenilinei bombai, vyksta trumpalaikė intensyvi nevaldoma lengvųjų branduolių jungimosi reakcija. Sintezės reakcijai valdyti reikia tam tikrame tūryje gauti ir gana ilgą laiką palaikyti per 10⁸ K temperatūrą. Tokią temperatūrą galima gauti praleidziant pro medziagą labai stiprią elektros srovę. Kad tokioj temperatūroj nesusidarytų neleistinai didelis slėgis, medziagos tankis imamas milijonus kartų mazesnis uz normalųjį.

Tokioj temperatūroj medziaga yra plazmos būsenoj. Taigi valdomoms termobranduolinėms reakcijoms gauti reikia pirma isspręsti superaukstųjų temperatūrų gavimo problemą. Aukstos temperatūros plazma, besiliesdama su indo sienelėm, vėsta, o indo medziaga garuoja, todėl reikia sugebėti izoliuoti plazmą nuo indo sienelių. Kad nereiktų izoliuoti plazmos islydzio vamzdelio galuose, jis daromas toroido pavidalo. Tokio tipo termobranduolinių reakcijų reaktorius vadinamas tokamaku. Pirmojo tipo reaktoriuose isorinio saltinio energija reikalinga tik sintezės reakcijos įziebimui. Toliau ją palaiko reakcijos metu issiskyrusi energija. Kito tipo termobranduoliniuose

reaktoriuose sintezės reakcijai palaikyti būtinas nuolatinis isorinės energijos saltinis.

27.Brandoliniai reaktoriai tai techniniai įrenginiai, kuriu ose vykdomos valdomos sunkių jų branduolių dalijimosi reakcijos Siluminiu neutronu reaktoriai. Dalijantis vienam urano branduoliui issiskiria per MeV energijos kiekis.

Apie 80% jos sudaro skeveldru kinetine energija, likusią dali - antriniu neutronu, po - skilimo atsiradusiu

elektronu, fotonu ir antineutrino energija. Dalijantis visiems g urano branduoliams, issiskiria apie energijos kiekis. Tiek jos gautume sudeginę apie t akmens anglies. Skilimo skeveldros, judedamos medziagoje, Reaktoriu tipai. Pagal paskirti juos galima suskirstyti i keletą grupiu: energetinius, tiriamuosius ir izotopinius.

Energetiniai reaktoriai yra skirti aktyviojoje zonoje issiskyrusią silumą paversti elektros energija arba kitiems

siluminę energiją naudojantiems reikalams. Ju silumine galia paprastai didele1 (iki GW

Tyrimu reaktoriai skirti neutronu ir spinduliu dideliems srautams s cm gauti. Jie naudojami

branduolio ir kietojo kuno savybems tirti. Tyrimu reaktoriai yra mazos (iki MW ) galios.

Izotopiniai reaktoriai (juos dar vadina dauginančiais arba konverteriais) konstruojami naujiems izotopams

gauti. Juose, pavyzdziui, izotopas U paverčiamas i plutonio izotopą Pu , o toris Th - i izotopą U . Toks

reaktorius, isskiriantis siluminę energiją bei gaminantis naują medziagą, vadinamas dauginančiu reaktoriumi arba.

Greituju neutronu reaktoriai. Jei reaktoriuje naudojamas gamtinis arba truputi izotopu U pasodrintas

uranas, tai siluminiai neutronai dalija tik izotopą U , o didzioji kuro dalis (~99.3%), t.y. izotopas U pasilieka

nesunaudota. Tačiau greitieji neutronai si izotopą gali paversti izotopu Pu , kuri, cheminiu budu atskyrus is

urano, galima panaudoti letuju neutronu reaktoriuose. Taigi dauginančiuose reaktoriuose letiklis nereikalingas.

Siuose reaktoriuose naujo kuro Pu laipsniskai daugeja ir po 7-10 metu jo kiekis padvigubeja, negu buvo is

pradziu pakrautas izotopu U . Greituju neutronu branduolines reakcijos efektyvusis skerspjuvis yra nedidelis,

todel bryderiams reikia 10-100 kartu daugiau kuro, negu tokios pačios galios siluminiu neutronu reaktoriams.

Daleles ir antidales. Atsiradimas ir anihiliacija. Antimedziagos samprata ir jos egzistavimo galimybe. Vidinės struktūros neturinčios dalelės vadinamos elementariosiomis dalelėmis. Seniausiai atrasta elementari dalelė yra elektronas. Tai stabili dalelė. Jo rimties masė: m_e=9,109558*10^-31 kg. Laisvojo elektrono pilnutinė energija W gali būti ne tik teigiama bet ir neigiama. Esant apibrėztam elektrono judesio kiekiui p, Dirako lygtis turi sprendinius tik tokiom pilnutinės energijos vertėms:

Elektronui susidūrus su pozitronu, jie abu isnyksta (anihiliuoja), t.y. elektronas is teigiamų energijų lygmens pereina į neigiamų energijų lygmenyje esančią vakansiją. Sį kvantinį suolį lydi isspinduliavimas fotonų, kurių bendra energija lygi abiejų lygmenų energijų skirtumui. Pozitronas: jo masė, sukinys, elektros krūvio bei savojo magnetinio momento moduliai tokie pat kaip ir elektrono. Tačiau pozitrono elektros krūvis yra teigiamas ir magnetinis momentas antilygiagretus sukiniui, t.y. nukreiptas kitaip nei elektrono. Todėl pozitronas yra elektrono antidalelė. Pozitronui sąveikaujant su elektronu, jie abu isnyksta ir virsta gama kvantais. Sis virsmas vadinamas anihiliacija arba ismedziagėjimu. Jų anihiliacija vyksta pagal tokią schemą:

Antidalelių fizikinių charakteristikų viena dalis sutampa su jas atitinkančių dalelių charakteristikomis, o kita dalis skiriasi zenklu. Antiprotonas nuo protono skiriasi elektros krūvio zenklu ir savojo magnetinio momento kryptimi. Antiprotonas sąveikaudamas su protonu ar neutronu, anihiliuoja. Vykstant siam procesui susikuria pionai. Antineutronai taip sąveikaudami su neutronais anihiliuoja ir virsta pionais. Teigiamo piono (p ) antidalelė yra neigiamas pionas (p

Antimedziaga.

Pagal kvantinę mechaniką, branduolinės, elektromagnetinės ir kitos jėgos, dėl kurių atomai ir molekulės egzistuoja kaip stabilios sistemos, dalelės ir antidalelės yra visai vienodos. Taigi teoriskai visiskai tikėtina hipotezė, kad is antidalelių galima sudaryti to paties tipo medziagų kompleksus, kaip ir is dalelių. Is antidalelių sudaryta medziaga vadinama antimedziaga. Antiatomas - tai is antiprotonų ir antineutronų sudarytas antibranduolys ir apie jį skriejantys pozitronai (antielektronai). Kadangi antiatomai sąveikaudami su atomais anihiliuoja, tai Zemės sąlygomis antimedziaga egzistuoja palyginti trumpai. Tačiau Visatoje jos egzistavimo sąlygos gali būti ir kitokios. Antiatomo energinis spektras tapatus atitinkamo atomo energijos spektrui. Is čia isplaukia, kad atitinkamų spindulių suolių metu susidarę antifotonai nesiskiria nuo fotonų, taigi spektroskopiskai neįmanoma nei patvirtinti, nei paneigti antimedziagos buvimo.

Kvarku samprata. Visi hadronai sudaryti is fundimentalesniu daleliu-kvarku.Manoma, kad egzistuoja 6 tipu kvarkai ir taip pat antikvarku.

Kvarku spalva: kad kai kuriu daleliu kvarkine sandara nepriestarauja Paulio principui, kvarkams priskiriamas kvantinis skaicius- spalvaJo simboliniai terminai -geltona , melyna ir raudona spalva. O kvarku sio kvantinio skaiciaus skirtingos vertes zymimos ir oranzine, zalia spalva.tada taikomas bespalviskumo principas.

Zavusis kvarkas, jam atskirti nuo kitu kvarku naudojamas kvantinis skaicius C, vadinamas zaviuoju arba sarmu. Kvarkai tarpusavy apsikeicia gluonais ( stipriaisiai nesikliais) ir tai lemia stipria saveika. Keiciantis gluonais, pakinta kvarko spalva, bet ne tipas.Tuo tarpu hadronas bet kuriuo metu islieka bespalvis.

31.Subatominiu daleliu virsmu tvermes desniai bendrieji ty energijos judesio kiekio ,judesio kiekio momento ir elektros kruvio tvermes desniai.Barioninio

Visuose procesuose kuriose dalivauja barionai ir antibarionai daleliu sistemos barioninis kruvis nekinta.Leiptoninio kruvio tvermes desnis leiptonai ir antileiptonai visomet susidaro poromis ir todel uzdaroje sistemoje leiptonu ir antileiptonu skirtumas nekinta(beta skilimo metu gaunamas antineutrinas o ne neutrinas

32Elementariuju daleliu klasifikacija

Medziagos daleles.. Kvarkai ,leiptonai

Lauku kvantai.fotonai,vektoriniai bozonai,gliuonai,gravitonai

Turinys

Atomu saveikos molekuleje samprata

2 Molekuliniai spektrai. Rotaciniai, vibraciniai ir elektroniniai energijos lygmenys.

3 Vandenilio atomo emisijos ir absorbcijos spektrai.

4. Kvantiniu stiprintuvu ir generatoriu veikimo pricipas.

Kvantinės elektronikos taikymas

6 Pasiskirstymo funkcija. Bozes-Einsteino, Fermio-Dirako skirtiniai.Bozonai ir fermijonai.

7.Elektronines dujos.Fermio energija.

8 Fotonai. Metalu silumine talpa.

9 Metalai, puslaidininkiai ir dielektrikai juostines teorijos poziuriu.

Superlaidumas Metalu elektrinis laidumas

11.Metalu silumine talpa

12.Elektrinio laidumo kvantine teorija

15 Puslaidininkiai. Savasis ir priemaisinis laidumas

Atomo branduolio mase, kruvis, spindulys, tankis, sukinys ir magnetinis momentas

17 Atomo branduolio sandara

18 Branduolines jegos

19 Branduolio modeliai

Atomo branduolio nukleoninis modelis.(mase,kruvis,spindulys..ir

Branduoliniu jegu savybes

22 Branduolio rysio energija.Specifine rysio energija.Mases defektas

23 Radiaktyviosios spinduliuotes ir medziagos saveika

24.Radioaktyvusis suirimas , jo desnis ir desningumai

Branduoliniu reakciju samprata, tipai, ju efektyvusis skerspjuvis

26 Branduoliu savasis dalijimasis.Spontanines ir valdomos branduolines reakcijos

27.Brandoliniai reaktoriai 

28 Daleles ir antidales. Atsiradimas ir anihiliacija. Antimedziagos samprata ir jos egzistavimo galimybe

29.Antimedziaga.

Kvarku samprata

31.Subatominiu daleliu virsmu tvermes(Barioninio, Leiptoninio)

32Elementariuju daleliu klasifikacija