핵 내부의 핵은 핵력에 의해 서로 결합되어 있습니다. 그들은 특정 에너지에 의해 유지됩니다. 이 에너지를 직접 측정하는 것은 상당히 어렵지만 간접적으로 측정할 수 있습니다. 핵에 있는 핵자의 결합을 끊는 데 필요한 에너지가 핵자를 결합하는 에너지와 같거나 클 것이라고 가정하는 것이 논리적입니다.
결합에너지와 원자력에너지
이제 이 적용된 에너지를 측정하기가 더 쉬워졌습니다. 이 값은 핵 내부에 핵자를 보유하고 있는 에너지의 양을 매우 정확하게 반영할 것이 분명합니다. 따라서 핵을 개별 핵자로 나누는 데 필요한 최소 에너지를 다음과 같이 부릅니다. 핵 결합 에너지.
질량과 에너지의 관계
우리는 모든 에너지가 체질량과 정비례로 관련되어 있다는 것을 알고 있습니다. 그러므로 핵의 결합 에너지가 이 핵을 구성하는 입자의 질량에 따라 달라지는 것은 당연합니다. 이 관계는 1905년 알베르트 아인슈타인에 의해 확립되었습니다. 이를 질량과 에너지의 관계의 법칙이라고 합니다. 이 법칙에 따르면 입자 시스템의 내부 에너지 또는 정지 에너지는 이 시스템을 구성하는 입자의 질량에 정비례합니다.
여기서 E는 에너지, m은 질량,
c는 진공에서의 빛의 속도이다.
대량 결함 효과
이제 우리가 원자의 핵을 구성 핵자로 나누거나 핵에서 특정 수의 핵자를 취했다고 가정합니다. 우리는 일을 했기 때문에 핵력을 극복하기 위해 약간의 에너지를 소비했습니다. 역과정의 경우(핵 합성 또는 이미 존재하는 핵에 핵자 추가) 반대로 보존 법칙에 따라 에너지가 방출됩니다. 일부 프로세스로 인해 입자 시스템의 나머지 에너지가 변경되면 그에 따라 질량도 변경됩니다. 이 경우의 수식 다음과 같습니다:
Δm=(ΔE_0)/c^2또는 ΔE_0=Δmc^2,
여기서 ΔE_0은 입자 시스템의 나머지 에너지 변화입니다.
Δm – 입자 질량의 변화.
예를 들어 핵융합과 핵 형성의 경우 에너지 방출과 핵자 전체 질량의 감소를 경험합니다. 질량과 에너지는 방출된 광자에 의해 운반됩니다. 이것이 바로 대량결함 효과다.. 핵의 질량은 항상 이 핵을 구성하는 핵자의 질량의 합보다 작습니다. 수치적으로 질량 결손은 다음과 같이 표현됩니다.
Δm=(Zm_p+Nm_n)-M_я,
여기서 M_i는 핵의 질량이고,
Z는 핵의 양성자 수이고,
N은 핵의 중성자 수이고,
m_p - 자유 양성자의 질량,
m_n은 자유 중성자의 질량입니다.
위의 두 공식에서 Δm 값은 핵이 파열되거나 융합되어 에너지가 변할 때 핵 입자의 전체 질량이 변하는 양입니다. 합성의 경우 이 양은 대량결손이 됩니다.
1932년 과학자 D.D. Ivanenko(소련)와 W. Heisenberg(독일)는 원자핵의 양성자-중성자 모델을 제시했습니다.
이 모델에 따르면:
- 모든 화학 원소의 핵은 핵자(양성자와 중성자)로 구성됩니다.
- 핵전하는 양성자에 의해서만 발생
- 핵의 양성자 수는 해당 원소의 원자 번호와 같습니다.
- 중성자 수는 질량수와 양성자 수의 차이와 같습니다(N=A-Z).
화학 원소의 원자핵 기호:
X – 화학 원소 기호
A는 다음을 나타내는 질량수입니다.
- 전체 원자 질량 단위(amu)로 표현된 핵의 질량
(1 amu = 탄소 원자 질량의 1/12)
- 핵에 있는 핵자의 수
- (A = N + Z), 여기서 N은 원자핵의 중성자 수입니다.
Z는 청구 번호이며 다음을 표시합니다.
- 기본 전하의 핵 전하(e.e.c.)
(1 e.e.z. = 전자 전하 = 1.6 x 10 -19 C)
- 양성자의 수
- 원자의 전자 수
- 주기율표의 일련번호
핵의 질량은 항상 핵을 구성하는 자유 양성자와 중성자의 나머지 질량의 합보다 작습니다.
이는 핵의 양성자와 중성자가 서로 매우 강하게 끌린다는 사실로 설명됩니다. 그것들을 분리하려면 많은 작업이 필요합니다. 따라서 핵의 전체 정지 에너지는 핵을 구성하는 입자의 정지 에너지와 동일하지 않습니다. 핵 중력을 극복하는 데 필요한 작업량에 비해 적습니다.
핵의 질량과 양성자와 중성자의 질량의 합 사이의 차이를 질량 결손이라고 합니다.
원자핵의 결합에너지
원자핵은 다수의 핵자가 강하게 결합된 시스템입니다.
핵을 구성 요소로 완전히 분할하고 서로 먼 거리에서 제거하려면 일정량의 작업 A를 소비해야 합니다.
결합 에너지는 핵을 자유 핵자로 나누기 위해 수행해야 하는 작업과 동일한 에너지입니다.
E 연결 = - A
보존 법칙에 따르면, 결합 에너지는 개별 자유 핵자로부터 핵이 형성되는 동안 방출되는 에너지와 동시에 동일합니다.
특정 결합 에너지
이것은 핵자 당 결합 에너지입니다.
가장 가벼운 핵을 제외하면 비결합 에너지는 거의 일정하며 8 MeV/핵과 같습니다. 최대 특정 결합 에너지(8.6 MeV/핵자)는 질량수가 50~60인 원소에서 발견됩니다. 이러한 원소의 핵은 가장 안정적입니다.
핵에 중성자가 과부하되면 특정 결합 에너지가 감소합니다.
주기율표 끝에 있는 원소의 경우 7.6 MeV/핵자(예: 우라늄)와 같습니다.
핵분열이나 핵융합으로 인한 에너지 방출
핵을 분열시키기 위해서는 핵력을 극복하기 위해 일정량의 에너지가 소비되어야 합니다.
개별 입자로부터 핵을 합성하려면 쿨롱 반발력을 극복해야 합니다(이를 위해서는 이러한 입자를 고속으로 가속하기 위해 에너지를 소비해야 합니다).
즉, 핵분열이나 핵합성을 위해서는 어느 정도의 에너지가 소비되어야 한다.
핵이 짧은 거리에서 융합되면 핵력이 핵자에 작용하기 시작하여 핵자가 가속도로 움직이게 됩니다.
가속된 핵자는 결합 에너지와 동일한 에너지를 갖는 감마선을 방출합니다.
핵분열이나 핵융합 반응이 끝나면 에너지가 방출됩니다.
결과가 다음과 같은 경우 핵분열 또는 핵 합성을 수행하는 것이 합리적입니다. 핵분열이나 핵융합의 결과로 방출되는 에너지는 소비된 에너지보다 더 클 것입니다.
그래프에 따르면, 무거운 핵의 핵분열(쪼개짐)이나 실제로 이루어지는 가벼운 핵의 융합을 통해 에너지를 얻을 수 있습니다.
대량 결함
핵 질량을 측정하면 핵 질량(Nm)은 항상 이를 구성하는 자유 중성자와 양성자의 나머지 질량의 합보다 작다는 것을 알 수 있습니다.
핵분열 동안: 핵의 질량은 항상 형성된 자유 입자의 나머지 질량의 합보다 작습니다.
핵 합성 중: 생성된 핵의 질량은 항상 이를 형성한 자유 입자의 나머지 질량의 합보다 작습니다.
질량 결손은 원자핵의 결합 에너지를 측정한 것입니다.
질량 결함은 자유 상태에 있는 핵의 모든 핵자의 총 질량과 핵의 질량 사이의 차이와 같습니다.
여기서 Mya는 핵의 질량입니다(참고서에서 따옴).
Z – 핵의 양성자 수
mp - 자유 양성자의 나머지 질량(참고서에서)
N – 핵의 중성자 수
mn – 자유 중성자의 나머지 질량(참고서에서)
핵이 형성되는 동안 질량이 감소한다는 것은 핵자 시스템의 에너지가 감소한다는 것을 의미합니다.
핵을 별도의 상호작용하지 않는(자유) 핵자로 분해하려면 핵력을 극복하는 작업, 즉 핵에 특정 에너지를 부여하는 작업이 필요합니다. 반대로, 자유 핵자가 핵으로 결합하면 동일한 에너지가 방출됩니다(에너지 보존 법칙에 따라).
- 핵을 개별 핵자로 나누는 데 필요한 최소 에너지를 핵 결합 에너지라고 합니다.
핵의 결합 에너지 값을 어떻게 결정할 수 있습니까?
이 에너지를 찾는 가장 간단한 방법은 1905년 독일 과학자 알베르트 아인슈타인이 발견한 질량과 에너지의 관계에 관한 법칙을 적용하는 것입니다.
알베르트 아인슈타인(1879-1955)
독일의 이론 물리학자, 현대 물리학의 창시자 중 한 명. 질량과 에너지의 관계 법칙을 발견하고 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론을 창안했습니다.
이 법칙에 따르면 입자 시스템의 질량 m과 나머지 에너지, 즉 이 시스템의 내부 에너지 E 0 사이에는 정비례 관계가 있습니다.
여기서 c는 진공에서의 빛의 속도입니다.
프로세스의 결과로 입자 시스템의 나머지 에너지가 값 ΔE 0 1만큼 변경되면 이는 값 Δm만큼 이 시스템의 질량에 해당 변화를 수반하며 이러한 양 사이의 관계가 표현됩니다. 평등에 의해 :
ΔE 0 = Δmс 2.
따라서 자유 핵이 핵으로 합쳐질 때 에너지 방출(이 과정에서 방출된 광자에 의해 운반됨)의 결과로 핵의 질량도 감소해야 합니다. 즉, 핵의 질량은 항상 핵을 구성하는 핵자의 질량의 합보다 작습니다.
구성 핵자의 총 질량에 비해 핵 질량 Δm의 부족은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
Δm = (Zm p + Nm n) - M i,
여기서 Mi는 핵의 질량이고, Z와 N은 핵 내의 양성자와 중성자의 수이고, m p와 m n은 자유 양성자와 중성자의 질량이다.
Δm의 양을 질량 결손이라고 합니다. 대량 결함의 존재는 수많은 실험을 통해 확인됩니다.
예를 들어, 하나의 양성자와 하나의 중성자로 구성된 중수소(중수소) 원자 핵의 결합 에너지 ΔE 0를 계산해 보겠습니다. 즉, 핵을 양성자와 중성자로 나누는 데 필요한 에너지를 계산해 보겠습니다.
이를 위해 먼저 해당 표에서 핵자 질량과 중수소 원자 핵 질량의 대략적인 값을 가져와 이 핵의 질량 결함 Δm을 결정합니다. 표 데이터에 따르면 양성자 질량은 약 1.0073 a입니다. e.m., 중성자 질량 - 1.0087 a. e.m., 중수소 핵의 질량은 오전 2.0141입니다. 따라서 Δm = (1.0073 a.u.m. + 1.0087 a.u.m.) - 2.0141 a.u. 오전 = 0.0019 a. 여자 이름.
결합 에너지를 줄 단위로 얻으려면 질량 결손을 킬로그램으로 표시해야 합니다.
그것을 고려하면 1 a. e.m. = 1.6605 10 -27 kg, 우리는 다음을 얻습니다:
Δm = 1.6605 10 -27kg 0.0019 = 0.0032 10 -27kg.
이 질량 결손 값을 결합 에너지 공식에 대입하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.
핵반응 중에 방출되거나 흡수되는 에너지는 상호작용의 결과로 형성된 상호작용하는 핵과 입자의 질량을 알고 있는 경우 계산할 수 있습니다.
질문
- 핵의 결합 에너지는 무엇입니까?
- 핵의 질량 결손을 결정하는 공식을 적어보세요.
- 핵의 결합 에너지를 계산하는 공식을 쓰십시오.
1 그리스 문자 Δ(“델타”)는 일반적으로 이 문자 앞에 기호가 붙는 물리량의 변화를 나타냅니다.
원자핵은 다수의 핵자가 강하게 결합된 시스템입니다. 핵을 구성 부분으로 완전히 분할하고 서로 먼 거리에서 제거하려면 일정량의 일을 소비해야합니다. A. 결합 에너지는 핵을 자유로이 분할하는 데 수행해야하는 일과 동일한 에너지입니다. 핵 E 결합 = - A 보존 법칙에 따르면 결합 에너지는 개별 자유 핵에서 핵이 형성되는 동안 방출되는 에너지와 동시에 동일합니다. 특정 결합 에너지핵자 당 결합 에너지입니다.
대량 결함핵 질량을 측정하면 핵 질량(Nm)은 항상 이를 구성하는 자유 중성자와 양성자의 나머지 질량의 합보다 작다는 것을 알 수 있습니다. 핵분열 동안: 핵의 질량은 항상 형성된 자유 입자의 나머지 질량의 합보다 작습니다. 핵 합성 중: 생성된 핵의 질량은 항상 이를 형성한 자유 입자의 나머지 질량의 합보다 작습니다.
질량 결손은 원자핵의 결합 에너지를 측정한 것입니다. 질량 결함은 자유 상태에 있는 핵의 모든 핵자의 총 질량과 핵의 질량 사이의 차이와 같습니다.
여기서 Мa는 핵의 질량(참고 도서 참조) Z는 핵 내 양성자의 수입니다. mp는 자유 양성자의 나머지 질량(참고 도서 참조)입니다. N은 핵 내 중성자 수입니다. mn은 자유 중성자의 정지 질량(참고 도서 참조) 핵이 형성되는 동안 질량이 감소한다는 것은 이것이 핵자 시스템의 에너지를 감소시킨다는 것을 의미합니다.
원자핵- 질량의 대부분이 집중되어 있는 원자의 중심 부분(99.9% 이상). 핵은 양전하를 띠고 있으며, 핵의 전하는 원자가 속한 화학 원소에 따라 결정됩니다. 다양한 원자의 핵 크기는 수 펨토미터로 원자 자체 크기보다 10,000배 이상 작습니다.
핵물리학은 원자핵을 연구합니다.
원자핵은 양전하를 띤 양성자와 중성 중성자로 구성된 핵자로 구성되며, 이들은 강한 상호작용을 통해 서로 연결되어 있습니다. 양성자와 중성자는 [sn 1]과 동일한 자체 각운동량(스핀)과 관련 자기 모멘트를 갖습니다.
일정한 수의 양성자와 중성자를 가진 입자의 종류로 간주되는 원자핵은 일반적으로 원자핵이라고 불립니다. 핵종.
핵에 있는 양성자의 수를 전하수라고 합니다. 이 숫자는 주기율표에서 원자가 속한 원소의 원자 번호와 같습니다. 핵의 양성자 수는 중성 원자의 전자 껍질 구조를 결정하고 이에 따라 해당 원소의 화학적 특성을 결정합니다. 핵 안에 있는 중성자의 수를 중성자 수라고 한다. 동위원소 수. 양성자 수가 같고 중성자 수가 다른 핵을 동위원소라고 합니다. 중성자 수는 같지만 양성자 수가 다른 핵을 동위원소라고 합니다. 동위원소 및 동위원소라는 용어는 이러한 핵을 포함하는 원자를 지칭할 때뿐만 아니라 단일 화학 원소의 비화학적 변형을 특성화하는 데에도 사용됩니다. 핵에 있는 핵자의 총 수를 질량수()라고 하며 주기율표에 표시된 원자의 평균 질량과 거의 같습니다. 질량수는 같지만 양성자-중성자 구성이 다른 핵종을 일반적으로 등압선이라고 합니다.
모든 양자 시스템과 마찬가지로 핵은 준안정 여기 상태에 있을 수 있으며 어떤 경우에는 그러한 상태의 수명이 몇 년 단위로 계산됩니다. 이러한 핵의 들뜬 상태를 핵 이성질체라고 합니다.
22. 두 금속의 접촉. 열전 현상. 열전 현상
금속과 반도체의 열적 과정과 전기적 과정 사이의 관계로 인해 발생하는 일련의 물리적 현상입니다. 티.아이. Seebeck 효과, Peltier 효과, Thomson 효과가 있습니다. 제벡 효과 서로 다른 도체로 구성된 폐쇄 회로에서 접점이 서로 다른 온도로 유지되면 EMF(열기전력)가 발생한다는 사실로 구성됩니다. 가장 간단한 경우, 전기 회로가 두 개의 서로 다른 도체로 구성되는 경우를 다음과 같이 부릅니다. 열전대옴 , 또는 열전대(참조 열전대). 열전력의 크기는 뜨거운 물체의 온도에만 의존합니다. 티 1 그리고 춥다 티 2개의 접점과 도체 재료로 인해 발생합니다. 작은 온도 범위에서 열전력 이자형차이에 비례하는 것으로 간주될 수 있습니다( 티 1 – 티 2) 즉, 이자형= α (티 1 –티 2). 계수 α 쌍의 열전 능력(열전력, 열전력 계수 또는 특정 열전력)이라고 합니다. 이는 도체의 재료에 따라 결정되지만 온도 범위에 따라서도 달라집니다. 어떤 경우에는 α가 온도 변화에 따라 부호가 변경됩니다. 표는 0~100°C 온도 범위에서 Pb와 관련된 일부 금속 및 합금의 a 값을 보여줍니다(양수 기호). α 가열된 접합을 통해 전류가 흐르는 금속에 할당됨). 그러나 재료의 열전력은 미세한 양의 불순물(때로는 화학 분석의 감도를 넘어서는 경우도 있음), 결정 입자의 방향 및 재료의 열 처리 또는 냉간 처리에 민감하기 때문에 표에 제공된 수치는 임의적입니다. . 성분에 따라 재료를 거부하는 방법은 이러한 열전력의 특성에 기초합니다. 같은 이유로, 회로의 서로 다른 부분이 서로 다른 기술적 작업을 거친 경우 온도 차이가 있는 동일한 재료로 구성된 회로에서 열전력이 발생할 수 있습니다. 반면에, 이 경우 나타나는 추가 접점이 동일한 온도로 유지된다면, 회로에 다른 재료가 직렬로 연결될 때 열전대의 기전력은 변하지 않습니다.
금속이 접촉하면(금속 사이에 접촉이 생성되면) 전도 전자는 접촉 지점에서 한 도체에서 다른 도체로 이동할 수 있습니다. 페르미 에너지가 증가하면 일함수는 감소합니다. 금속-금속 전이 현상을 이해하려면 페르미 에너지가 전도대의 자유 전자 농도에 따라 달라진다는 점을 고려해야 합니다. 전자 농도가 높을수록 페르미 에너지도 높아집니다. 이는 금속-금속 계면에서 전이가 형성될 때 경계의 서로 다른 면에 있는 자유 전자의 농도가 다르다는 것을 의미합니다. 즉, 페르미 에너지가 더 높은 금속 면(1)이 더 높습니다. 전자 농도의 변화는 전이층이라고 불리는 금속 사이의 경계면 근처의 특정 영역에서 발생합니다(그림 8.7.3). 전이 시 전기장 전위의 변화는 그림 8.7.4에 나와 있습니다. 전이가 형성되는 동안 경계에서 금속의 페르미 에너지가 변경됩니다. 페르미 에너지가 높은 금속은 양전하를 띠므로 해당 금속의 일함수가 증가합니다.
21.반도체의 고유 및 불순물 전도성. P형 및 N형 전도성. 두 반도체의 Pn 접촉. 진성반도체에서는 결합이 끊어졌을 때 나타나는 전자와 정공의 수가 동일하다. 진성 반도체의 전도성은 자유 전자와 정공에 의해 동일하게 제공됩니다. 불순물 반도체의 전도도. 네이티브 반도체보다 원자가가 큰 불순물이 반도체에 도입되면 도너 반도체가 형성됩니다. (예를 들어, 5가 비소가 실리콘 결정에 도입되면 5개의 원자가 전자 중 하나입니다. 비소는 여전히 무료입니다). 도너 반도체에서 전자는 다수의 전하 캐리어이고 정공은 소수의 전하 캐리어입니다. 이러한 반도체를 n형 반도체라고 하며, 전도성이 전자적인 반도체에 네이티브 반도체보다 낮은 원자가의 불순물이 유입되면 억셉터 반도체가 형성됩니다. (예를 들어, 실리콘 결정에 3가 인듐을 도입하는 경우. 각 인듐 원자에는 인접한 실리콘 원자 중 하나와 전자쌍 결합을 형성하기 위한 전자 1개가 부족합니다. 채워지지 않은 결합 각각은 정공입니다.) 억셉터 반도체에서 정공은 다수의 전하 운반체이고 전자는 소수의 전하 운반체입니다. 이러한 반도체를 p형 반도체라고 하며, 전도성을 정공(hole)이라고 합니다. 5가 불순물 원자라고 합니다. 기부자:그들은 자유 전자의 수를 증가시킵니다. 그러한 불순물의 각 원자는 하나의 추가 전자를 추가합니다. 이 경우 추가 구멍이 형성되지 않습니다. 반도체 구조의 불순물 원자는 고정된 양전하 이온으로 변합니다. 이제 반도체의 전도도는 주로 자유 불순물 전자의 수에 의해 결정됩니다. 일반적으로 이러한 유형의 전도성을 전도성이라고 합니다. N-유형이며, 반도체 자체가 반도체이다. N-형. 3가 불순물이 도입되면 반도체의 원자가 결합 중 하나가 채워지지 않은 것으로 나타납니다. 이는 정공이 형성되고 음으로 하전된 불순물 이온이 정지되는 것과 같습니다. 따라서 이 경우 정공 농도가 증가한다. 이러한 유형의 불순물을 불순물이라고 합니다. 수용체억셉터 불순물의 도입으로 인한 전도성을 전도성이라고 합니다. 아르 자형-유형. 이런 반도체를 반도체라고 합니다. 아르 자형-유형.
20. 고체의 밴드 이론. 금속, 유전체 및 반도체.
고체의 밴드 이론- 고체 내 전자 운동에 대한 양자 역학 이론.
양자 역학에 따르면 자유 전자는 어떤 에너지든 가질 수 있습니다. 에너지 스펙트럼은 연속적입니다. 고립된 원자에 속하는 전자는 특정 개별 에너지 값을 갖습니다. 고체에서 전자의 에너지 스펙트럼은 크게 다릅니다. 이는 금지된 에너지 영역으로 구분된 별도의 허용 에너지 영역으로 구성됩니다.
유전체(절연체) - 실제로 전류를 전도하지 않는 물질. 유전체 내 자유 전하 캐리어의 농도는 10 8 cm -3 을 초과하지 않습니다. 유전체의 주요 특성은 외부 전기장에서 분극되는 능력입니다. 고체 밴드 이론의 관점에서 유전체는 밴드 갭이 3eV보다 큰 물질입니다. 티반도체 - 반도체는 가전자대와 전도대를 분리하는 밴드 갭의 폭 Δ가 훨씬 더 작다는 점(수십 배)만 유전체와 다릅니다. ~에
= 0이면 유전체와 마찬가지로 반도체의 가전자대가 완전히 채워져 전류가 샘플을 통해 흐를 수 없습니다. 그러나 에너지 Δ가 작기 때문에 온도가 약간 상승하더라도 일부 전자는 전도대로 이동할 수 있습니다(그림 3). 그러면 물질의 전류가 동시에 두 개의 "채널"을 통해 가능해집니다. 첫째, 전도대에서 전자는 전기장에서 에너지를 획득하여 더 높은 에너지 준위로 이동합니다. 둘째, 전류에 대한 기여는 전도대로 이동한 전자에 의해 가전자대에 남겨진 빈 수준에서 비롯됩니다. 실제로 Pauli 원리는 모든 전자가 가전자대에서 빈 수준을 차지할 수 있도록 허용합니다. 그러나이 수준을 차지하면 자체 수준이 자유로워집니다. 원자가 대역의 수준을 통한 전자의 이동이 아니라 빈 수준 자체의 이동을 따르면 이러한 수준이 밝혀집니다. 학명을 가지고 있다구멍 , 또한 현재 통신 사업자가 됩니다. 정공의 수는 전도대로 들어간 전자의 수와 분명히 동일합니다.전도 전자
), 그러나 정공은 전자가 없기 때문에 정공은 양전하를 띤다. 금속 - 금속의 전자는 마침내 원자 기원을 "잊어버리고", 그 수준은 하나의 매우 넓은 영역을 형성합니다. 이는 항상 부분적으로만 채워져 있으므로(전자 수가 준위 수보다 적음) 전도대라고 부를 수 있습니다(그림 6). 분명하다. 또한 양자역학을 이용하면 다음과 같은 사실을 증명할 수 있습니다. 이상적인 금속(격자에 결함이 없음) 티= 0 전류는 저항 없이 흘러야 합니다 [2]!
불행하게도 이상적인 결정은 없으며 온도 0도 달성할 수 없습니다. 실제로 전자는 진동하는 격자원자와 상호작용하여 에너지를 잃기 때문에 실제 금속의 저항은 온도에 따라 증가합니다.(반도체 저항과 반대) 그러나 가장 중요한 것은 금속이 전류를 전도할 수 있는 전자를 더 많이 포함하고 있기 때문에 어떤 온도에서든 금속의 전기 전도도는 반도체의 전기 전도도보다 훨씬 높다는 것입니다.
19. 분자. 화학 결합. 분자 스펙트럼. 빛의 흡수. 자연 방출 및 유도 방출. 광학 양자 발생기.
분자- 두 개 이상의 원자가 공유 결합으로 연결된 전기적으로 중성인 입자, 화학 물질의 가장 작은 입자.
화학결합전자 교환에 의해 수행되는 두 원자의 상호 작용입니다. 화학 결합이 형성되면 원자는 가장 가까운 불활성 기체의 원자 구조에 해당하는 안정적인 8전자(또는 2전자) 외부 껍질을 얻는 경향이 있습니다. 다음 유형의 화학 결합이 구별됩니다. 공유결합(극성 및 비극성, 교환 및 기증자-수용자), 이온성의, 수소그리고 금속.
분자 스펙트럼- 동일한 에너지에서 분자의 양자 전이 중에 발생하는 흡수, 방출 또는 산란 스펙트럼. 다른 사람에게 말합니다. M.s. 분자의 구성, 구조, 화학 물질의 성질에 따라 결정됩니다. 외부와의 소통과 상호작용 장(따라서 이를 둘러싼 원자와 분자). 나이브. 특징은 M.s입니다. 압력에 의해 스펙트럼 선이 확장되지 않는 경우 희박 분자 가스: 이러한 스펙트럼은 도플러 폭을 갖는 좁은 선으로 구성됩니다. 흡수 스베타- 광학 강도가 감소합니다. 세포를 통과할 때 방사선. 환경과의 상호 작용으로 인해 빛 에너지가 다른 유형의 에너지 또는 광학 에너지로 변환됩니다. 다른 스펙트럼 구성의 방사선. 기초적인 강도와 관련된 P.의 법칙 나두꺼운 흡수 매체층을 통과하는 광선 내가 함께입사빔의 강도 나 0은 빛의 강도와 무관한 부게(Bouguer)의 법칙 계수입니다. ~라고 불리는 흡수 지수는 일반적으로 파장에 따라 다릅니다. 이 법칙은 P. Bouguer(1729)에 의해 실험적으로 확립되었으며 이후 I. Lambert(J. N. Lambert, 1760)에 의해 매우 간단한 가정 하에 이론적으로 도출되었습니다. 물질의 모든 층에서 광속의 강도는 층의 두께에 따라 특정 부분만큼 감소합니다. 엘, 즉. dI/l =
원자에 의한 전자기파 방출 과정은 자연 발생과 강제의 두 가지 유형이 있습니다. 자연 방출에서는 원자가 외부 영향을 받지 않고 원자가 더 높은 에너지 준위에서 더 낮은 에너지 준위로 자발적으로 이동합니다. 원자의 자발적인 방출은 상부(들뜬) 상태의 불안정성에만 기인하며, 그 결과 원자는 조만간 광자를 방출함으로써 여기 에너지로부터 해방됩니다. 다양한 원자가 자발적으로 방출됩니다. 서로 독립적으로 서로 다른 방향으로 전파되고 서로 다른 위상과 편광 방향을 갖는 광자를 생성합니다. 결과적으로 자연 방출은 일관되지 않습니다. 주파수 ν의 전자기파가 여기된 원자에 작용하여 hν=Em-En 관계를 충족하는 경우에도 방사선이 발생할 수 있습니다. 여기서 Em과 En은 원자의 양자 상태 에너지입니다(주파수 ν를 공명이라고 함). . 결과적인 방사선이 자극됩니다. 유도 방출의 각 행위에는 두 개의 광자가 포함됩니다. 그 중 하나는 외부 소스(해당 원자의 외부 소스는 이웃 원자일 수도 있음)에서 전파되어 원자에 영향을 미치고 그 결과 광자가 방출됩니다. 두 광자는 동일한 전파 방향과 편광 방향을 가지며 동일한 주파수와 위상을 갖습니다. 즉, 유도 방출은 항상 강제 방출과 일관성이 있습니다. OQG(광양자 발생기) 또는 레이저가 유일한 방법입니다.
강력한 단색광의 원천. 빛의 증폭 원리
원자 시스템을 사용하는 것은 1940년 V.A.에 의해 처음 제안되었습니다. 제조업체.
그러나 광학양자 생성 가능성에 대한 정당성은
발전기는 1958년에 C. Townes와 A. Shavlov에 의해 제공되었습니다.
무선 범위의 양자 장치 개발 성과. 첫 번째
광학 양자 발생기는 1960년에 실현되었습니다.
작동 물질로 루비 크리스탈.
그 안의 인구는 3단계 펌핑 방식으로 수행되었으며,
일반적으로 상자성 양자 증폭기에 사용됩니다.
18. 전기 전도도의 양자 이론.
금속의 전기 전도도에 대한 양자 이론 - 페르미(Fermi) - 디랙(Dirac)의 양자역학과 양자통계를 바탕으로 한 전기 전도도 이론, -고전 물리학에서 고려되었던 금속의 전기 전도도 문제를 재검토했습니다. 이 이론을 바탕으로 수행된 금속의 전기 전도도 계산은 금속의 특정 전기 전도도에 대한 표현으로 이어지며, 이는 외관상 고전 공식(103.2)과 유사합니다. g, 그러나 완전히 다른 물리적 내용을 가지고 있습니다. 여기 피 -금속의 전도 전자 농도, b 엘 에프с는 페르미 에너지를 갖는 전자의 평균 자유 경로, b 유 에프 ñ - 그러한 전자의 평균 열 운동 속도.
공식(238.1)을 기초로 얻은 결론은 실험 데이터와 완전히 일치합니다. 특히 금속의 전기 전도도에 대한 양자 이론은 온도에 대한 특정 전도도의 의존성을 설명합니다. g ~ 1/티(고전 이론은 다음과 같이 제시합니다. g ~1/) 뿐만 아니라 금속 내 전자의 평균 자유 경로의 비정상적으로 큰 값(수백 격자 주기 정도)도 있습니다.
17. 고체의 열용량. 고체의 모델로서, 물질 점으로 간주되는 입자(원자, 이온, 분자)가 평형 위치(격자 노드)를 중심으로 서로 수직인 세 방향으로 진동하는 노드에서 올바르게 구성된 결정 격자를 고려해 보겠습니다. . 따라서 결정 격자를 구성하는 각 입자에는 세 가지 진동 자유도가 할당되며, 각 입자는 자유도 간의 에너지 등분배 법칙에 따라 에너지를 갖습니다. KT.
고체 1몰의 내부에너지
어디 N 에이 - 아보가드로 상수; N 에이 케이= 아르 자형 (아르 자형 - 몰 가스 상수). 고체의 몰 열용량
즉, 몰(원자) 열용량 화학적으로 단순한 몸체결정질로
열용량, 온도를 1°C 변화시키는 데 소비되는 열량. 좀 더 엄격한 정의에 따르면, 열용량- 다음 식에 의해 결정되는 열역학적 양:
여기서 Δ 큐- 시스템에 전달되어 온도를 Delta T로 변화시키는 열의 양. 유한 차분 비율 Δ 큐/ΔТ를 평균이라고 합니다. 열용량, 무한량의 비율 d Q/dT- 진실 열용량. d 이후 큐상태 함수의 완전한 미분이 아닌 경우 열용량시스템의 두 상태 사이의 전환 경로에 따라 달라집니다. 구별하다 열용량시스템 전체(J/K), 특정 열용량[J/(g·K)], 몰 열용량[J/(mol·K)]. 아래의 모든 공식은 몰량을 사용합니다. 열용량.
16. 입자 시스템의 퇴화.
양자역학의 퇴화는 특정 양이 에프, 물리적 시스템(원자, 분자 등)을 설명하는 것은 시스템의 다양한 상태에 대해 동일한 의미를 갖습니다. 동일한 값에 해당하는 서로 다른 상태의 수 에프, 주어진 양의 V의 다중도라고합니다. 퇴화양자 이론 - 다양한 존재. 특정 물리적 상태가 있는 양자 시스템의 상태. 크기 에이동일한 값을 취합니다. 이러한 값에 해당하는 연산자는 하나의 고유함수에 해당하는 선형 독립 고유함수의 집합을 갖습니다. 의미 에이. 숫자 에게~라고 불리는 적절한 퇴화의 다양성. 가치 에이, 그것은 유한하거나 무한할 수 있습니다. 케이이산적이거나 연속적인 일련의 값을 취할 수 있습니다. 무한한 다중성(연속체 거듭제곱)은 퇴화됩니다. 예를 들어 고유합니다. 가능한 모든 운동량 방향에서 자유 입자 에너지 연산자의 값 
(티-입자의 질량과 에너지).
15. 입자 동일성의 원리. 페르미온과 보존. 보존과 페르미온의 분포 함수.
페르미온과 보존. 보존과 페르미온의 분포 함수. 보손(물리학자 Bose의 성에서 유래) - 정수 스핀 값을 갖는 입자. 이 용어는 물리학자 폴 디랙(Paul Dirac)이 만들어냈습니다. 보손은 페르미온과 달리 보스-아인슈타인 통계를 따르며, 이는 동일한 입자가 하나의 양자 상태에 무제한으로 존재할 수 있도록 허용합니다. 많은 보존의 시스템은 입자 순열에 대해 대칭인 파동 함수로 설명됩니다. 기본 보존과 복합 보존이 있습니다.
기본 보존은 표준 모델에서 기본 페르미온(렙톤 및 쿼크)의 상호 작용을 수행하는 데 사용되는 게이지 필드의 양자입니다. 이러한 게이지 보존에는 다음이 포함됩니다.
광자(전자기 상호 작용),
글루온(강한 상호작용)
W ± 및 Z 보존(약한 상호작용).
페르미온- 반정수 스핀 값을 갖는 입자(또는 준입자)입니다.
그들은 물리학자 엔리코 페르미(Enrico Fermi)를 기리기 위해 이름을 얻었습니다.
페르미온은 페르미-디랙 통계를 따릅니다. 하나의 양자 상태에는 하나 이상의 입자가 존재할 수 없습니다(파울리 원리). 파울리 배타 원리는 원자의 전자 껍질의 안정성을 담당하여 복잡한 화학 원소의 존재를 가능하게 합니다. 또한 고압 하에서 축퇴 물질(중성자 별)이 존재할 수 있습니다. 동일한 페르미온 시스템의 파동 함수는 두 페르미온의 순열에 대해 반대칭입니다. 에이홀수 개의 페르미온으로 구성된 양자계는 그 자체가 페르미온이다(예를 들어 홀수의 질량수를 갖는 핵). 에이;
합이 홀수인 원자나 이온
및 전자의 수).
페르미온과 보존에 대한 분포 함수는 주어진 양자 상태 L에 위치한 모든 입자의 집합을 하위 시스템으로 선택하여 큰 표준 앙상블의 틀 내에서 쉽게 얻을 수 있습니다. 이 상태에서 시스템의 에너지는 다음과 같습니다. 열역학적 잠재력은 다음과 같은 형태를 갖습니다.
pl = -APpE exp[(ts-el)^A/(AG)]
페르미온의 경우 = 0, 1; 그렇기 때문에
PL = -kT In ] . (3.1)
보존 N^ = 0, 1, 2, ...의 경우 무한한 기하학적 진행의 합을 구하면 다음과 같습니다.< 0 Средние числа заполнения (или функции распределения) получаются с помощью термодинамического равенства
<"А>fy = W In ] .
(3.2)
그리고 c
- f(ex) = 따라서 (3.1)과 (3.2)를 사용하면 다음과 같습니다.
KeA> = exp[(eA-fi)/(H")riT- (3-3>
더하기 기호는 페르미온을 나타내고 빼기 기호는 보존을 나타냅니다. 화학 포텐셜 /1은 분포 함수의 정규화 조건에서 결정됩니다.
여기서 N은 시스템의 총 입자 수입니다. 상태 밀도 p(e)를 도입함으로써 우리는 평등(3.4)을 다음 형식으로 다시 작성할 수 있습니다.
N = Jde р(е) f(e). (3.5) 핵의 질량 mi는 항상 그 안에 포함된 입자의 질량의 합보다 작습니다. 이는 핵자가 핵으로 결합할 때 핵자끼리의 결합 에너지가 방출된다는 사실 때문입니다. 입자의 정지 에너지는 E 0 =mc 2 관계식으로 질량과 관련됩니다. 결과적으로 정지 핵의 에너지는 정지 핵의 상호 작용 총 에너지보다 E St = c 2 (-mi).
이 값은
핵에 있는 핵자의 결합에너지
이는 핵을 형성하는 핵자를 분리하고 실제로 서로 상호 작용하지 않는 거리에서 핵자를 제거하기 위해 수행해야 하는 작업과 같습니다. 크기Δ=-n 나는
~라고 불리는
코어 질량 결함
2 He 4 원자의 질량은 4.00260 amu입니다. 이는 3728.0 MeV에 해당합니다. 1 H 1 원자의 질량은 1.00815 amu입니다. 중성자 질량은 939.57MeV입니다. 이 양을 위의 공식에 대입하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.
E광 =(2*938.7+2*939.5)-3728.0=24.8MeV.
핵자당 계산된 헬륨 핵의 결합 에너지는 7.1 MeV입니다. 비교를 위해 원자의 원자가 전자의 결합 에너지는 10 6 더 적은 값(약 10 eV)을 갖습니다. 헬륨과 거의 같은 값입니다.
가장 강하게 결합된 핵은 질량수가 50-60 정도인 핵에 있습니다(즉, Cr에서 Zn까지의 원소의 경우). 이러한 핵의 결합 에너지는 A가 증가함에 따라 핵자당 비결합 에너지가 점차적으로 8.7 MeV에 도달합니다. 감소하다; 가장 무거운 천연 원소인 우라늄의 경우 핵자당 7.5MeV입니다.
질량수에 대한 특정 에너지의 의존성은 에너지적으로 두 가지 과정을 가능하게 합니다.
1) 무거운 핵을 여러 개의 가벼운 핵으로 나누는 것
2) 가벼운 핵을 하나로 융합 (합성)합니다.
두 과정 모두 엄청난 양의 에너지 방출을 동반합니다. 예를 들어 중수소와 삼중수소 핵이 합쳐지면 17.6MeV의 에너지가 방출되고, C와 O 2 원자에서 이산화탄소 CO 2 가 형성되면 이 정도의 에너지가 방출됩니다. 5MeV의 차이가 분명합니다.
이와 관련하여 질량수 A가 50에서 60 사이인 핵이 에너지적으로 더 유리합니다. 왜 다른 A 값을 갖는 핵이 안정적인가요? 대답은 다음과 같습니다. 결과적으로 핵분열 과정에는 추가 에너지(활성화 에너지)가 필요하며, 이 에너지는 다시 돌아와서 변화로 인해 핵분열 중에 방출되는 에너지에 추가됩니다. 결합 에너지에서, 핵은 에너지 활성화를 얻을 곳이 없기 때문에 무거운 핵은 포획된 중성자 또는 추가 중성자에 의해 자발적인 핵분열을 겪지 않습니다.
핵에 포획된 중성자의 영향으로 우라늄 또는 플루토늄 핵이 분열하는 과정은 원자로와 재래식 원자폭탄의 작동에 기초가 됩니다.
가벼운 핵은 하나의 핵으로 합쳐지려면 매우 가까운 거리(10~15m)에서 서로 접근해야 합니다. 이러한 반발력을 극복하기 위해 핵이 접근하는 것을 방지합니다. 핵은 수억 켈빈 정도의 온도에 해당하는 엄청난 속도로 움직여야 합니다.
이러한 이유로 가벼운 핵이 합성되는 과정을 '경핵'이라고 한다. 열핵반응
이러한 반응은 태양과 다른 별의 깊은 곳에서 발생합니다. 지금까지 여러 국가의 과학자들은 통제되지 않은 열핵반응을 수행하는 방법을 찾기 위해 지속적으로 노력하고 있습니다. 퓨전.
