Реферати українською » Физика » Досліди Франка і Герца


Реферат Досліди Франка і Герца

Страница 1 из 3 | Следующая страница

МОСКОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙОБЛАСНОЙ УНІВЕРСИТЕТ

>Реферат на задану тему «Досліди Франка і Герца»

>Виполнил Воротніков І.А.

Студент 41 групи,

Спеціальність:

>физика-информатика

МОСКВА, 2008 РІК


Зміст

 

  I. Запровадження.

  II. Коротка біографія Р. Герца

  III. Коротка біографіяД.Франка

  IV. Спільна робота Франка і Герца

  V. Список використовуваної літератури


Запровадження

 

Експеримент Франка і Герца є підтвердженням постулатів Бору у тому, що:

1. Атом може бути лише у певних дискретних станах плюс внутрішню енергію, відповідну стану, коли він перебуває.

2. Зміна внутрішньої енергії атома може відбуватися лише під час переходу між станами, і одно різниці енергії цих станів (енергії переходу).

Ідея експерименту полягає у аналізі енергій електронів,претерпевших сутички з атомами; у своїй можна переконатися, що електрони передають атомам енергію лише порціями, рівними енергії переходів. Слід розрізняти два типу сутичок: пружні інеупругие. При пружних зіткненнях зберігається сумарна кінетична енергія зіштовхуваних частинок, а зміна кінетичною енергії кожної їх залежить від співвідношення мас. Наприклад, при пружному зіткненні електрона з почилих атомом кінетична енергія електрона може змінитися лишенa величину порядку

 

що й  - маси електрона і атома, відповідно. Внутрішні енергії частинок при пружному зіткненні не змінюються.

При >неупругом зіткненні кінетична енергія зіштовхуваних частинок змінюється на величину, рівну зміни внутрішніх енергій частинок. Наприклад, принеупрунеупругом зіткненні електрона з атомом, атом може перейти вже з енергетичного стану до іншого, змінивши в такий спосіб своє внутрішнє енергію. Різниця енергій кінцевого і початкового станів атома називаєтьсяенергією переходу.

Зміна кінетичною енергії електрона одно енергії переходу ( тут і далі важкий і повільний, проти електроном, атом вважаємо почилих до і після зіткнення) :

           (2)

Порушення атома (збільшення його внутрішньої енергії) може відбутися буде лише тоді, коли кінетична енергія відносного руху електрона і атома перевищуватиме енергію переходу. Інакше зіткнення буде пружним, а зміна кінетичній енергії - незначним. При зіткненні електрона з збудженою атомом може відбутися зворотний процес: атом перетворюється на стан із меншою внутрішньої енергією, а енергія електрона поповнюється величину, рівну енергії переходу; таке зіткнення називається  >неупругимсоударением другого роду. Кількість таких сутичок пропорційно кількості порушених атомів й за умов експерименту Франка і Герца мало. Нижче де вони враховуються. Отже, тоді як обсяг, заповнений деяким газом, влітає електрон з енергією , перевищує енергії переходів в атомі, то після сутичок електрони повинні розділитися по енергій на групи:

1.Электрони, які зіштовхнулися з атомами лише пружно і майже втратившиенергии.2.Электрони, які зіштовхнулися з атомами >неупруго, тобто.возбудившие атоми різні енергетичні рівні й мають енергії

                    (3)


 -- енергія переходу із основного енергетичного стану в енергетичне стан із номером (при дуже високих температур, відповідно до розподілуБольцмана, майже всі атоми перебувають у основному стані).


 

Коротка біографія Р. Герца

Густав Людвіг Герц народився 22 липня 1887 у Гамбурзі. Навчався з 1909 по 1911 рр. в центрах сучасної йому фізики —Геттингене, Мюнхені відбулися і Берліні. Захистив дисертацію під керівництвом Генріха Рубенса у Берліні та став асистентом у фізичному інституті Університету Гумбольдта у Берліні. Разом з доцентом цього університету, фізиком Джеймсом Франком, Герц розробив в 1912/1913 рр. досліди посоударению електронів з атомами, що згодом виявилися істотним підтвердженням Боровський теорії атома і квантової механіки. Експеримент відомий тепер під назвою експериментуФранка-Герца.

1925-го р. Герц і Франк отримали при цьому Нобелівську премію з фізиці. У 1915, після агітації із боку ФріцаГабера, брав участь у газову війну приИпре.

1925-го р. очолив п'ять років керівництво фізичними лабораторіями фабрики лампочок на фірмі Філіпс в Ейндховені. Займався там фізикою газового розряду. Потім став професором фізики в Галле й Берліні. У 1935 р. позбавили права приймати іспити з причини єврейського походження, у результаті відмовився від професури. Хоча він і залишився почесним професором, Герцпредпочел такийполупрофессуре роботу дослідника на промисловості, у дослідницьких лабораторіях фірми Siemens &Halske. У 1935 року спеціально йому у компанії було створено лабораторіяSiemens-Forschungslaboratorium II.

На фірмі Сіменс Герц займавсядиффузионними розділовими установками легких ізотопів, котрі почали згодом основний технологією при збагаченні урану для створення атомної бомби, і навіть дослідженнями у сферіелектроакустики. Через це його, що зМанфредом фонАрденном, МаксомШтеенбеком та інші атомними фахівцями, спеціальне відділення Червоної армії у квітні 1945 р. відтранспортувало в Сухумі, де Герцу судилося очолити дослідницьку лабораторію, що складається із німецьких фахівців.

За результатами роботи інституту, у Сухумі Герц був нагороджений премією від керівництва СРСР. Повернення Герца восени 1954 р. було частиною підготовки Східній Німеччині до розробки атомної промисловості. Герц очолив підготовку й став у 1955 р. керівником наукового ради з мирному застосуванню атомної енергії при раді міністрів НДР. У цьому вся раді було проведено вся підготовка за концентрацієюрассеяних до того часу інституцій у одному новомуДрезденском центральному інституті ядернихисследований.В 1954 р. Герц директорував фізичного інституту, у університеті імені Карлу Марксу у Лейпцизі, членом Академії наук НДР ісооснователем дослідницького ради НДР. Займав центральне місце у розвиток ядерної фізики в НДР у вигляді виданнятрехтомного підручника з ядерної фізиці. У 1975 р. помер Берліні. Похований сімейної могилі цвинтарі у Гамбурзі.


Коротка біографіяД.Франка

>Немецко-американский фізик Джеймс Франк народився Гамбурзі, у ній Якоба Франка, банкіра, і Ребекки Франк, у дівоцтві Друкер, що була вийшли з відомої сім'ї рабинів. У гамбурзької гімназії, де навчався Франк, наголос було зроблено на класичне освіту й мови - предмети, що його не цікавили. Коли 1901 року батько послав їх уГейдельбергский університет, то очікувалося, що Франк вивчатиме юриспруденцію й економіки, після чого займеться традиційним його сім'ї банківським справою. Однак у Гейдельберзі він вивчав також геологію і хімію, він тут зустрів Макса Борна, що підтримав інтерес Франка до науки і почав її іншому протягом усього життя. Пізніше Борн переконав батьків Франка допомогти синові у прагненні отримати наукове освіту.

У 1902 року Франк перейшов у Берлінський університет, тодішній центр фізичної науку й освіти у Німеччини. Докторську ступінь він одержав у 1906 року за дослідження руху іонів в газових розрядах. Після короткого періоду роботиассистентом-преподавателем в університеті Франкфурта-на-Майні Франк повернулося на Берлінський університет асистентом фізичної лабораторії і став лектором у тому ж університеті у 1911 року.

Франк почав спільну роботи з ГуставомГерцем в 1913 року. У межах своїх перших спільних експериментах Франц і Герц досліджували взаємодія електронів з атомами шляхетних газів низької густини. Вони виявили, що з низьких енергії електронисоударяются з атомами шляхетних газів без великий втрати енергії, тобто. ці співудару є пружними. У 1914 року вчені повторили свої експерименти, використовуючи пари ртуті, і виявили, що електрони сильно взаємодіють із атомами ртуті, віддаючи велику частку своєї енергії. Саме цю роботу понеупругимсоударениям привела Франка і Герца на відкриттяквантованной передачі енергії в зіткненнях атомів і електронів. Між 1900 роком, і часом експериментів Франка і Герца Макс Планк, Альберт Ейнштейн і Нільс Бор створили квантову теорію. У цьому теорії передбачалося, що енергія передається не безупинно, а дискретними порціями, які Ейнштейн назвав квантами. Енергія кванта виражається через частотуиспускаемой чипоглощаемой енергії з допомогою множника, відомий як стала Планка. У 1913 року Бор запропонував квантову модель атома, у якій електрони рухаються навколо ядра лише з певним орбітам, відповідним спеціальним енергетичним станам; коли електрони переходять із однієї орбіти в іншу, вони випускають чи поглинають кванти. Модель Бору відповідала певні які були тоді заперечення проти ядерної моделі атома і зокрема, пояснювала спектри елементів. При нагріванні газу він поглинає енергію у вигляді тепла, потім випускає його вигляді світла; кожен елемент випромінює світло специфічних квітів, чи довжин хвиль, які можна розділити, отримавши у своїй серію ліній, званих спектром елемента. Відповідно до Бору, кожна лінія спектра відповідає певній кількості енергії, випромінюваної під час переходу електрона з вищої енергетичної орбіти більш низьку. Хоча цей теорія викликала серед фізиків потужний інтерес і багато в чому переконала в справедливості квантової теорії, вона все-таки була підтверджено експериментально.

У межах своїх знаменитих експериментах Френк і Герц показали, що електрони можуть передавати енергію атома ртуті лише цілими кратними 4, 9 електрон-вольт. (Один електрон-вольт - на цю кількість енергії, одержуваної електроном, який пришвидшується з допомогою напруги до одного вольт.) Потім вони припустили, що атоми ртуті можуть випромінювати енергію, таку, що вони поглинають, даючиспектральную лінію звичисляемой довжиною хвиль. Виявивши цю лінію в спектрі ртуті, Френк і Герц дійшли висновку, що атоми при бомбардуванню їх електронами і поглинають, і випускають енергію неподільними одиницями, чи квантами. Фундаментальна обізнаність із газами інші елементи підтвердила це відкриття.

Експерименти Франка і Герца як продемонстрували існування квантів енергії переконливіше, ніж будь-яка попередня робота, а й дали новий метод виміру постійної Планка. Понад те, їх результати з'явилися експериментальним підтвердженнямборовской моделі атома. Ні Франк, ні Герц не зрозуміли цього спочатку, звернувши мало увагу припущення Бору. Проте Бор та інші невдовзі скористалися результатами Франка і Герца, яка має підтвердити ідеї Бору, які глибоке впливом геть розвиток квантової теорії.

У 1926 року Шведська королівська академія наук нагородила Нобелівської премією із фізики за 1925 рік Франка і Герца "як відкриття законів зіткнень електронів з атомами". У своїй Нобелівської лекції Франк зазначив, що "перші роботи Нільса Бору з теорії атома з'явилися за півроку до закінчення цієї роботи". "Згодом, - продовжував він, - зробив висновок цілком незбагненним, чому ми усвідомили фундаментального значення теорії Бору, причому настільки, що разу навіть згадали про неї своєму науковому доповіді".

Дослідження Франка перервалися вибуху в 1914 року Першої світової війною. Він служив офіцером нарусско-германском фронті, потім через тяжкого захворювання дизентерією був відправлений тил для тривалого лікування. У 1917 року Франк опинився на чолі секції сьогодні в Інституті фізичної хімії Кайзера Вільгельма, працюючи під керівництвом ФріцаХабера. Там продовжив свої дослідження знеупругим сутичкам електронів з атомами і молекулами. Френк і його колег виявили, що електрони можуть порушити атом (примусити її поглинути енергію) в такий спосіб, що не зможе позбутися збуджуючої енергії, випускаючи світло. Такі атоми перебувають у ">метастабильном стані", за висловом, введеної Франком і його працівниками, і може втратити енергію порушення лише за зіткненні із часточками.Метастабильние стану відіграють істотне значення в хімії і фізиці: при фотосинтезі, наприклад, є вирішальними при накопиченні енергії в рослинах. Пізніше Франк звернувся безпосередньо до фотосинтезу, який залишався найважливішим йому предметом наукових досліджень про останні 30 років його життя.

Коли МаксуБорну в 1912 року запропонували мені очолити кафедру теоретичної фізики у Геттінгенському університеті, погодився за умови, що Франк очолить кафедру експериментальної фізики. Наступні 12 років двоє учених працювали у тісному контакті, обговорюючи друг з одним кожен аспект своєї роботи. Коли Борн почав розробляти формальний математичний апарат квантової теорії, що він назвав квантової механікою, глибока наукова інтуїція Франка виявилася йому безцінної. У Геттінгені Франк спочатку вивчав взаємодії атомів з електронами, світлом та інші атомами. Його роботу з формування і структурі молекул, де використовувалися молекулярні спектри, дозволила йому визначити основні хімічні властивості поспектроскопическим вимірам. Підхід, що він розробив із своїм колегою ЕдвардомКондоном, відомий як основуФранка-Кондона.

Невдовзі опісля того, як Адольф Гітлер став рейхсканцлером (1933), німецьке уряд стало видаляти євреїв з академічних постів. Хоча Френк і був євреєм, та його заслуги під час Першої Першої світової спочатку захищали його від усунення з посади. Він тим щонайменше сам подав у відставку, бо хотів виконувати вказівку про звільнення співробітників і єврейської національності. Він заявив свою незгоду публічно, було актом особистого мужності. Перш ніж залишити Німеччину, Франк, попри економічну депресію, знайти роботу за минулий кордоном кожному за члена своєї лабораторії.

Пропрацювавши рік уИсследовательском інституті Бору у Копенгагені, Франк в 1935 року еміґрував до Сполучені Штати, ставши професором Університету Джонса Хопкінса. Ось він став вивчати вплив світла на хімічні речовини і почав роботи з розгадки таємниць фотосинтезу, фундаментального фотохімічного процесу у природі. У 1938 року він призначили професором фізичної хімії і директором нової лабораторії фотосинтезу Чиказького університету. Три роки він став американським громадянином.

Після вступу США під час світової війну Франк керував хімічним відділом металургійної лабораторії Чиказького університету, що була складовою Манхеттенського проекти створення створення атомної бомби. Хоча перспектива створення ядерної зброї була потрібна йому ненависна, він побоювався, що Німеччина не йде до тієї самі цілі. Після поразки Німеччини Франк очолив комітет, вивчав соціальні й політичних наслідків застосування ядерної зброї. У доповіді комітету, зробленому червні 1945 року й відомий як "доповідь Франка", настоювалося у тому, щоб ядерну зброю не застосовувалося у військових цілях до того часу, доки воно нічого очікувати продемонстровано у якомусь незаселеному місці представників усіх націй, особливо японцям. Доповідь також передбачав небезпека гонки ядерних озброєнь. Цими рекомендаціями знехтували, і японські міста Хіросіма і Нагасакі були зруйновані у

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація