लुईस डी ब्रोगली की परिकल्पना है... डी ब्रोगली का अनुमान

डी ब्रोगली ने एक परिकल्पना प्रस्तुत की: किसी भी भौतिक वस्तु में तरंग गुण होते हैं। उन्होंने प्रकाश की प्रकृति के नियमों का प्रयोग किया। ई/एम क्षेत्र के वाहक फोटॉन हैं।

(1) और (2) प्रकाश और किसी भी इलेक्ट्रॉनिक विकिरण की प्रकृति के द्वंद्व को दर्शाते हैं।

डी ब्रोगली ने प्रस्तावित किया कि द्वैत किसी भी भौतिक वस्तु की विशेषता है। डी ब्रोगली की परिकल्पना से यह निष्कर्ष निकलता है कि तरंग तंत्र किसी भी पदार्थ का एक गुण है।

डी ब्रोगली तरंग दैर्ध्य सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है: ;

गति V से गतिमान किसी भी वस्तु के साथ तरंग प्रक्रियाएँ होती हैं। ये वास्तविक नहीं, बल्कि काल्पनिक प्रक्रियाएँ हैं। इन प्रक्रियाओं का कोई प्राकृतिक एनालॉग नहीं है।

आइए प्रयोग करें. डी ब्रोगली की परिकल्पना के दस्तावेज़। डेविसन और जर्मर द्वारा प्रयोग।

एक इलेक्ट्रॉन को, अपने तरंग गुणों के कारण, क्रिस्टल के माध्यम से एक विवर्तन पैटर्न देना चाहिए।

ईपी-इलेक्ट्रॉन बंदूक; जी-गैल्वेनोमीटर;

डी 1, डी 2 - डायाफ्राम; सीएफ - फैराडे कप; नी - एकल क्रिस्टल;  - कोण.

 = स्थिरांक = 50° पर

प्राप्त परिणाम को केवल विवर्तन अधिकतम द्वारा ही समझाया जा सकता है।

प्रयोगों से पता चला है कि इलेक्ट्रॉनों की एक किरण, त्वरित इलेक्ट्रॉन। क्षेत्र की विशेषता तरंग गुण हैं, क्योंकि Ni एकल क्रिस्टल पर इलेक्ट्रॉनों की किरण विवर्तन देती है।

अभ्यास 1 1 .

समतल तरंगों का अध्यारोपण। लहर पैकेट. चरण और समूह वेग. डी ब्रॉगली तरंगें और उनके गुण। तरंग पैकेट और कण.

समतल तरंगों का अध्यारोपण:

उन्होंने निम्नलिखित सिद्धांतों के साथ माइक्रोपार्टिकल्स की गति के साथ होने वाली तरंग प्रक्रिया को समझाने की कोशिश की:

ए)एकवर्णी तरंग का उपयोग करना। यह असंभव है क्योंकि यह तरंग अंतरिक्ष में अनंत है, और माइक्रोपार्टिकल अपने आकार (आस्टसीलस्कप स्क्रीन पर एक निशान) द्वारा निर्धारित अंतरिक्ष के एक सीमित क्षेत्र पर कब्जा कर लेता है।

बी)मोनोक्रोमैटिक तरंगों, ओमेगा और लैम्ब्डा का सुपरपोजिशन एक निश्चित सीमा में होता है ताकि जब जोड़ा जाए, तो ये तरंगें शून्य से भिन्न आयाम दें। अंतरिक्ष के एक सीमित क्षेत्र में. ऐसा सुपरपोजिशन एक तरंग पैकेट है।

S(x,t) एक जटिल तरंग प्रक्रिया है।

तरंग पैकेज:

एस(एक्स, टी) = 2*ए*डेल्टा के * सिन(गामा)/गामा * कॉस(ओमेगा जीरो*टी - के जीरो*एक्स)

2*ए*डेल्टा के * सिन(गामा)/गामा - तरंग पैकेट का संग्राहक आयाम

गामा पर -> 0 पाप(गामा)/गामा -> 1

गामा पर -> +-पि*एन पाप(गामा)/गामा -> 0

जब गामा > पी*एन; गामा< -пи*n sin(гамма)/гамма << 1

एक पैकेट मोनोक्रोमैटिक तरंगों का एक सुपरपोजिशन है, जिसकी तरंग संख्या k(शून्य)-डेल्टा k से k(शून्य)+डेल्टा k तक की सीमा में होती है।

डी ब्रॉगली तरंगें और उनके गुण:

डी ब्रोगली तरंगें सूक्ष्म कणों के तरंग गुणों का वर्णन करती हैं। मोनोक्रोमैटिक डी ब्रोगली तरंग का रूप है:

एक माइक्रोपार्टिकल की गति को E और p के मानों द्वारा दर्शाया जाता है

ई = एच*एनयू = एच(एक रेखा के साथ)*ओमेगा; ओमेगा = ई/एच(बार के साथ)

पी = एच(बार के साथ)*k; के = पी/एच (बार के साथ)

एक्स-अक्ष के अनुदिश एक-आयामी गति:

PSI(x,t) = A*exp(-i/h(बार के साथ) * (E*t – p*x)

PSI(x,t) = A(x,t)*exp(-i/h(बार के साथ) * (E*t – p*x)

सामान्य तौर पर, त्रि-आयामी स्थान:

पीएसआई( आर,t) = A*exp(-i/h(बार के साथ) * (E*t – आर,आर)

पीएसआई( आर,टी) = ए( आर,t)*exp(-i/h(बार के साथ) * (E*t – आर,आर)

गुण:

डी ब्रोगली तरंगों की चरण गति प्रकाश की गति से अधिक होती है

वीф = ओमेगा/के = (एच(रेखा के साथ)*ओमेगा)/(एच(रेखा के साथ)*के) = ई/पी = (एम*सी^2)/(एम*वी) = सी^2/वी> सी

इस गुण से यह निष्कर्ष निकलता है कि Vf ऊर्जा स्थानांतरण की गति के बराबर नहीं है, क्योंकि ऊर्जा को प्रकाश की गति से अधिक गति से स्थानांतरित नहीं किया जा सकता है

चरण वेग एक भौतिक अमूर्तता है।

डी ब्रोगली तरंगों का फैलाव निर्वात में होता है (उह तरंगों के विपरीत)

वीф = एफ(वी) = एफ(एमवी) = एफ(पी) = (लैम्ब्डा = एच/पी) = एफ(लैम्ब्डा)

वीएफ = एफ(लैम्ब्डा) - फैलाव

डी ब्रोगली तरंग की समूह गति सूक्ष्म कणों की गति की गति के बराबर होती है

यू = (डी*ओमेगा)/(डी*के) = डी(एच(बार के साथ)*ओमेगा)/डी(एच(बार के साथ)*के) = डीई/डीपी = डी/डीपी * (पी^2/( 2*एम)) = (2*पी)/(2*एम) = पी/एम = पी/एम = वी

बोहर के अनुसार, हाइड्रोजन परमाणु में, प्रत्येक स्थिर कक्षा में डी ब्रोगली तरंगों की एक पूर्णांक संख्या होती है:

एमवीआर = एनएच(बार के साथ)

लैम्ब्डा = एच/पी; पी = एच/लैम्ब्डा = (2*पीआई*एच(बार के साथ))/लैम्ब्डा

2*pi*r = n*lambda

तरंग पैकेट और कण:

किसी कण का वर्णन या तो एकवर्णी तरंग द्वारा नहीं किया जा सकता (क्योंकि तरंग अनंत है), या डी ब्रोगली तरंगों के एक पैकेट द्वारा (क्योंकि तरंग पैकेट का "जीवनकाल" डेल्टा t = m(इलेक्ट्रॉन)/h * (डेल्टा x) है )^2, फिर यह फैल जाता है (डेल्टा x = (2*pi)/डेल्टा k))

तरंग गुणों का वर्णन केवल संभाव्यता सिद्धांत और सांख्यिकी का उपयोग करके किया जा सकता है।

1.चरण गतिवीएफ - चलती गति। अर्थ निरंतर समन्वय चरण

ωоdt – kodx=0

Vф=dx/dt=ωо/ko

चरण गति सामान्य रूप में मामला तरंग के मापदंडों द्वारा निर्धारित किया जाता है, अर्थात। वे संरचना में शामिल विभिन्न तरंगों के लिए भिन्न हैं। लहर पैकेट.

2.समूह गति. उ - गति गतिशील स्थिर आयाम (पैकेट तरंगें)।

А=γ0 पर स्थिरांक

γ=[(dω/dk)o*t-x] Δk

(dω/dk)o*t – x=0

(dω/dk)o*dt – dx=0

U=dx/dt=(dω/dk)o

अभ्यास 1 2 .

डी ब्रोगली तरंगों की सांख्यिकीय व्याख्या। तरंग फ़ंक्शन और उसके गुण। तरंग फ़ंक्शन का सामान्यीकरण। सुपरपोजिशन सिद्धांत.

डी ब्रोगली तरंगों की सांख्यिकीय व्याख्या:

पीएसआई * पीएसआई (तरंग के साथ) = |पीएसआई|^2 - पीएसआई मॉड्यूलो वर्ग एक निश्चित समय पर अंतरिक्ष के किसी दिए गए क्षेत्र में एक कण खोजने की संभावना का एक माप है

dw = |PSI|^2*dV - एक निश्चित समय पर बिंदु XYZ के पास एक अनंत मात्रा में एक माइक्रोपार्टिकल खोजने की संभावना।

w(राउंड) = dw/dV = |PSI|^2 - एक निश्चित समय पर बिंदु XYZ के पास एक इकाई आयतन में एक माइक्रोपार्टिकल का पता लगाने की संभावना घनत्व

w = इंटीग्रल (V(शून्य) से अधिक)|PSI|^2 dV - आयतन V(शून्य) में

चूँकि PSI फ़ंक्शन एक जटिल मात्रा है, इसका कोई भौतिक अर्थ नहीं है। केवल मात्रा |PSI|^2 का भौतिक अर्थ है

तरंग क्रिया

पदार्थ के कणों के व्यवहार में तरंग गुणों और इस व्यवहार में वस्तुनिष्ठ अनिश्चितता की उपस्थिति को ध्यान में रखने की आवश्यकता है। क्वांटम यांत्रिक गति की ये विशेषताएं इस तथ्य में व्यक्त की जाती हैं कि एक माइक्रोपार्टिकल की गति की स्थिति निर्देशांक और आवेगों द्वारा नहीं, बल्कि निर्देशांक और समय (x, y, z, t) के एक निश्चित तरंग फ़ंक्शन द्वारा निर्दिष्ट की जाती है, जो कि सामान्य मामला जटिल है. सबसे सरल मामले में, दिशा में एक मुक्त कण की गति , - ऐसे फ़ंक्शन (तरंग) में एक समतल तरंग का रूप होता है:

- डी ब्रोगली विमान लहर,

जहाँ  = -1 – काल्पनिक इकाई, = क / तरंग वेक्टर है, और | | = k = 2/ - तरंग संख्या।

तरंग फ़ंक्शन, सांख्यिकीय (संभावना) वितरण के एक फ़ंक्शन के रूप में, आरोपित है स्थितिमानकीकरण , जिसके अनुसार तरंग फ़ंक्शन की परिभाषा (आयतन) के संपूर्ण क्षेत्र पर अभिन्न अंग एकता के बराबर होना चाहिए:

.

संपूर्ण आयतन पर संभाव्यता घनत्व का अभिन्न अंग कुल, यानी 100% संभाव्यता, एक विश्वसनीय घटना की संभावना का प्रतिनिधित्व करता है। किसी भी स्थान पर पहुंच योग्य संपूर्ण क्षेत्र से किसी भी स्थान पर एक कण (यदि वह मौजूद है) का 100% संभावना के साथ पता लगाया जाना चाहिए। सामान्यीकरण की स्थिति किसी को तरंग फ़ंक्शन के आयाम का पता लगाने की अनुमति देती है।

राज्यों के सुपरपोजिशन का सिद्धांत. पीएसआई और सी-फ़ंक्शन। शास्त्रीय मात्राएँ, सुपरपोज़िशन में प्रवेश करते हुए, मूल की तुलना में इस सुपरपोज़िशन के परिणामस्वरूप भिन्न मान रखती हैं।

क्वांटम भौतिकी में:

मान लीजिए कि कणों की एक क्वांटम प्रणाली है जो तरंग फ़ंक्शन PSI1 द्वारा वर्णित स्थिति में हो सकती है और तरंग फ़ंक्शन PSI2 द्वारा वर्णित किसी अन्य स्थिति में हो सकती है, तो यह प्रणाली PSI स्थिति में हो सकती है, जो कि एक रैखिक सुपरपोजिशन है PSI1 और PSI2 बताता है

PSI = C1*PSI1 + C2*PSI2, जहां C1, C2 गुणांक हैं

सामान्य सूत्र (एम विभिन्न राज्य):

पीएसआई = एसयूएम(एम=1 से एन तक) सेमी*पीएसआईएम

अभ्यास 1 3 .

हाइजेनबर्ग अनिश्चितता संबंध। पत्राचार का सिद्धांत.

बोहर के सिद्धांत की अपर्याप्तता ने क्वांटम सिद्धांत की नींव और प्राथमिक कणों (इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, आदि) की प्रकृति के बारे में विचारों को गंभीर रूप से संशोधित करना आवश्यक बना दिया। सवाल यह उठा कि एक छोटे यांत्रिक कण के रूप में इलेक्ट्रॉन का प्रतिनिधित्व, कुछ निर्देशांक और एक निश्चित गति की विशेषता, कितना व्यापक है।

प्रकाश की प्रकृति के बारे में हमारे ज्ञान को गहरा करने के परिणामस्वरूप, यह स्पष्ट हो गया कि ऑप्टिकल घटनाओं में एक प्रकार का द्वैतवाद प्रकट होता है (देखें § 57)। प्रकाश के ऐसे गुणों के साथ-साथ जो सीधे तौर पर इसकी तरंग प्रकृति (हस्तक्षेप, विवर्तन) को इंगित करते हैं, ऐसे अन्य गुण भी हैं जो सीधे तौर पर इसकी कणिका प्रकृति (फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, कॉम्पटन घटना) को प्रकट करते हैं।

1924 में, लुईस डी ब्रोगली ने एक साहसिक परिकल्पना प्रस्तुत की कि द्वैत केवल ऑप्टिकल घटना की विशेषता नहीं है, बल्कि इसका सार्वभौमिक महत्व है। “प्रकाशिकी में,” उन्होंने लिखा, “एक शताब्दी तक, तरंग विधि की तुलना में परीक्षण की कणिका पद्धति को बहुत अधिक उपेक्षित किया गया था; क्या पदार्थ के सिद्धांत में विपरीत गलती नहीं की गई है?”

यह मानते हुए कि पदार्थ के कणों में, कणिका गुणों के साथ, तरंग गुण भी होते हैं, डी ब्रोगली ने पदार्थ के कणों के मामले में अनुवाद के समान नियमों को स्थानांतरित कर दिया।

एक चित्र से दूसरे चित्र में संक्रमण, जो प्रकाश के मामले में सच है। फोटॉन, जैसा कि ज्ञात है [देखें। सूत्र (57.1) और (57.4)] में ऊर्जा है

और आवेग

डी ब्रोगली के विचार के अनुसार, एक इलेक्ट्रॉन या किसी अन्य कण की गति एक तरंग प्रक्रिया से जुड़ी होती है, जिसकी तरंग दैर्ध्य बराबर होती है

और आवृत्ति

डी ब्रोगली की परिकल्पना जल्द ही प्रयोगात्मक रूप से शानदार ढंग से पुष्टि की गई। डेविसन और जर्मर ने पाया कि क्रिस्टल प्लेट से बिखरे हुए इलेक्ट्रॉनों की किरण एक विवर्तन पैटर्न उत्पन्न करती है। थॉमसन और, स्वतंत्र रूप से, टार्टाकोवस्की ने एक विवर्तन पैटर्न प्राप्त किया जब एक इलेक्ट्रॉन किरण धातु की पन्नी से होकर गुजरी। प्रयोग इस प्रकार किया गया (चित्र 190)। कई दसियों किलोवोल्ट के क्रम के संभावित अंतर से त्वरित इलेक्ट्रॉनों की एक किरण, एक पतली धातु की पन्नी से होकर गुजरी और एक फोटोग्राफिक प्लेट पर गिरी। जब कोई इलेक्ट्रॉन फोटोग्राफिक प्लेट से टकराता है तो उस पर फोटॉन के समान ही प्रभाव पड़ता है। इस प्रकार प्राप्त सोने का इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न (चित्र 191, ए)समान परिस्थितियों में प्राप्त एल्यूमीनियम के एक्स-रे विवर्तन पैटर्न की तुलना में (चित्र 191.6)। दोनों चित्रों के बीच समानताएं आश्चर्यजनक हैं।

स्टर्न और उनके सहकर्मियों ने दिखाया कि विवर्तन घटनाएँ परमाणु और आणविक किरणों में भी पाई जाती हैं। उपरोक्त सभी मामलों में

विवर्तन पैटर्न संबंध (64.1) द्वारा निर्धारित तरंग दैर्ध्य से मेल खाता है।

वर्णित प्रयोगों से निस्संदेह यह पता चलता है कि एक निश्चित गति के माइक्रोपार्टिकल्स की किरण और

■नियंत्रण एक समतल तरंग से प्राप्त पैटर्न के समान विवर्तन पैटर्न देता है।

इलेक्ट्रॉन विवर्तन - प्रकीर्णन प्रक्रिया इलेक्ट्रॉनोंकिसी पदार्थ के कणों के संग्रह पर जिसमें इलेक्ट्रॉन प्रदर्शित होता है लहरगुण। इस घटना को कहा जाता है तरंग-कण द्वैत, इस अर्थ में कि पदार्थ के एक कण (इस मामले में, परस्पर क्रिया करने वाले इलेक्ट्रॉन) को एक तरंग के रूप में वर्णित किया जा सकता है।

न्यूट्रॉन विवर्तन- न्यूट्रॉन प्रकीर्णन की घटना, जिसमें न्यूट्रॉन के तरंग गुण निर्णायक भूमिका निभाते हैं (देखें)। तरंग-कण द्वैत.तरंगदैर्घ्य और गति आरडी ब्रोगली के संबंध से संबंधित =एचपी. गणित। डी. एन. का वर्णन, साथ ही अन्य तरंग क्षेत्रों के मामले में, इस प्रकार है ह्यूजेन्स-फ्रेस्नेल सिद्धांतऔर, इस अर्थ में, विवरण के समान प्रकाश विवर्तन, एक्स-रे किरणें, इलेक्ट्रॉन और अन्य सूक्ष्म कण (देखें। तरंग विवर्तन).इस ​​विवरण के अनुसार बिखराव की तीव्रता विकिरणअंतरिक्ष में एक निश्चित बिंदु पर प्रकीर्णन वस्तु के गुणों पर निर्भर करता है। तदनुसार, डी. एन. न्यूट्रॉन बीम (न्यूट्रॉन मोनोक्रोमेटर्स, विश्लेषक) का अध्ययन करने या बनाने और बिखरने वाले पदार्थ की संरचना का अध्ययन करने के लिए दोनों का उपयोग किया जाता है।

चावल। 1. Sn नाभिक पर बिखरे हुए 14 MeV की ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन का कोणीय वितरण; - प्रकीर्णन क्रॉस सेक्शन; - प्रकीर्णन कोण.

थरथरानवाला की शून्य-बिंदु ऊर्जा का अनुमान। हम बिल्कुल पिछले उदाहरण की तरह ही कार्य करेंगे। एक शास्त्रीय एक आयामी हार्मोनिक थरथरानवाला की ऊर्जा अभिव्यक्ति द्वारा वर्णित है

ई = px2 / 2m + mω2x2 / 2.

px और x को एक दोलनशील सूक्ष्म वस्तु के संवेग और निर्देशांक की अनिश्चितताओं के रूप में मानते हुए और समानता pxx = h को अनिश्चितता संबंध के रूप में उपयोग करते हुए, हम प्राप्त करते हैं

E(px) = px2 / 2m + mω2h2 / 2px2।

व्युत्पन्न को शून्य के बराबर करके, हम मात्रा ज्ञात करते हैं

p0 = mωh, जिस पर फ़ंक्शन E(px) न्यूनतम मान लेता है। यह सत्यापित करना आसान है कि यह मान बराबर है

ई = ई(पी0) = एचω।

ये नतीजा काफी दिलचस्प है. यह दर्शाता है कि क्वांटम यांत्रिकी में थरथरानवाला ऊर्जा गायब नहीं हो सकती; इसका न्यूनतम मान hω की कोटि का होता है। यह तथाकथित शून्य-बिंदु ऊर्जा है।

शून्य-बिंदु कंपन के अस्तित्व को ध्यान में रखते हुए, हम, विशेष रूप से, निम्नलिखित दिलचस्प निष्कर्ष पर आ सकते हैं: क्रिस्टल के परमाणुओं की कंपन गति की ऊर्जा पूर्ण शून्य तापमान पर भी गायब नहीं होती है।

शून्य दोलन एक मौलिक सामान्य परिस्थिति को दर्शाते हैं: "संभावित कुएं के नीचे" पर एक माइक्रोऑब्जेक्ट का एहसास करना असंभव है, या, दूसरे शब्दों में, "एक माइक्रोऑब्जेक्ट संभावित कुएं के नीचे नहीं गिर सकता है।" यह निष्कर्ष संभावित कुएं के प्रकार पर निर्भर नहीं करता है, क्योंकि यह गति अनिश्चितता संबंधों का प्रत्यक्ष परिणाम है; इस मामले में, समन्वय की अनिश्चितता मनमाने ढंग से बड़ी हो जानी चाहिए, जो इस तथ्य का खंडन करती है कि माइक्रोऑब्जेक्ट संभावित कुएं में है।

संभावित अवरोध के माध्यम से इलेक्ट्रॉन टनलिंग एक मौलिक क्वांटम यांत्रिक प्रभाव है जिसका शास्त्रीय यांत्रिकी में कोई एनालॉग नहीं है। सुरंग प्रभाव क्वांटम यांत्रिकी के मूलभूत शुरुआती बिंदुओं में से एक की प्रायोगिक पुष्टि है - प्राथमिक कणों के गुणों की तरंग-कण द्वंद्व।

सुरंग प्रभाव एक प्राथमिक कण, जैसे कि इलेक्ट्रॉन, की संभावित बाधा से गुजरने (सुरंग) की क्षमता है, जब बाधा कण की कुल ऊर्जा से अधिक होती है। हमारी सदी के 20-30 के दशक में क्वांटम यांत्रिकी के निर्माण के दौरान भौतिकविदों द्वारा सूक्ष्म जगत में एक सुरंग प्रभाव के अस्तित्व की संभावना को समझा गया था। इसके बाद सुरंग प्रभाव के कारण भौतिकी के विभिन्न क्षेत्रों में प्रयोगात्मक रूप से खोजी गई कुछ अत्यंत महत्वपूर्ण घटनाओं की व्याख्या की गई।

प्रश्न 12

परमाणु (से पुराना यूनानीἄτομος - अविभाज्य) - सूक्ष्म आकार और द्रव्यमान के किसी पदार्थ का एक कण, सबसे छोटा भाग रासायनिक तत्व, जो इसके गुणों का वाहक है।

एक परमाणु बनता है परमाणु नाभिकऔर इलेक्ट्रॉनों. यदि नाभिक में प्रोटॉन की संख्या इलेक्ट्रॉनों की संख्या के साथ मेल खाती है, तो संपूर्ण परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ हो जाता है। अन्यथा इसमें कुछ सकारात्मक या नकारात्मक चार्ज होता है और इसे कहा जाता है आयन. कुछ मामलों में, परमाणुओं को केवल विद्युत रूप से तटस्थ प्रणालियों के रूप में समझा जाता है, जिसमें नाभिक का चार्ज इलेक्ट्रॉनों के कुल चार्ज के बराबर होता है, जिससे उन्हें विद्युत चार्ज आयनों के साथ विपरीत किया जाता है।

नाभिक, जो परमाणु के लगभग पूरे (99.9% से अधिक) द्रव्यमान को वहन करता है, सकारात्मक रूप से शामिल होता है आवेशित प्रोटोनऔर अनावेशित न्यूट्रॉनका उपयोग करके एक दूसरे से जुड़े हुए हैं मजबूत अंतःक्रिया. परमाणुओं को नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है: प्रोटॉन Z की संख्या परमाणु संख्या से मेल खाती है आवर्त सारणी मेंऔर एक निश्चित रासायनिक तत्व से इसकी संबद्धता निर्धारित करता है, और न्यूट्रॉन एन की संख्या - एक निश्चित आइसोटोपयह तत्व. Z संख्या कुल धनात्मक विद्युत आवेश (Z) भी निर्धारित करती है इ) परमाणु नाभिक और एक तटस्थ परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या, जो इसका आकार निर्धारित करती है।

हाइड्रोजन जैसे परमाणु- परमाणु (आयन), जिसमें हाइड्रोजन परमाणु की तरह एक नाभिक और एक इलेक्ट्रॉन होता है। इनमें at वाले तत्वों के आयन शामिल हैं। संख्या 2, एक को छोड़कर सभी इलेक्ट्रॉन खो चुका है: He +, Li +2, B+ 3,। . . हाइड्रोजन के साथ मिलकर वे सबसे सरल बनाते हैं आइसोइलेक्ट्रॉनिक श्रृंखलावी.ए. का ऊर्जा स्तर (और स्पेक्ट्रा)। हाइड्रोजन के समान हैं, Z 2 के कारक द्वारा संक्रमण की ऊर्जा (और आवृत्तियों) के पैमाने में उनसे भिन्न होते हैं (देखें)। एटम).

वी.ए. के समान प्रणालियाँ एक परमाणु नाभिक और एक मेसन बनाती हैं ( mesoatom), साथ ही इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन ( पॉज़िट्रोनियम; ) इन प्रणालियों के लिए हाइड्रोजन के समान ऊर्जा स्तर और स्पेक्ट्रा भी प्राप्त किए जाते हैं।

ऊर्जा स्तर - eigenvalues क्वांटम प्रणालियों की ऊर्जा, यानी, माइक्रोपार्टिकल्स से युक्त सिस्टम ( इलेक्ट्रॉनों, प्रोटानऔर दूसरे प्राथमिक कण) और कानूनों के अधीन क्वांटम यांत्रिकी. प्रत्येक स्तर की एक निश्चित विशेषता होती है सिस्टम की स्थिति, या मामले में उन लोगों का एक उपसमूह अध: पतन. यह अवधारणा लागू होती है परमाणुओं(इलेक्ट्रॉनिक स्तर), अणुओं(दोलन और घूर्णन के अनुरूप विभिन्न स्तर), परमाणु नाभिक(इंट्रान्यूक्लियर ऊर्जा स्तर), आदि।

आयनीकरण और उत्तेजना.

एक इलेक्ट्रॉन को परमाणु नाभिक के साथ उसके बंधन से मुक्त करने के लिए, जिसके परिणामस्वरूप एक सकारात्मक आयन बनता है, एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा खर्च करना आवश्यक है। किसी इलेक्ट्रॉन को हटाने में व्यय की गई ऊर्जा कहलाती है आयनीकरण कार्य.इलेक्ट्रॉन वोल्ट में व्यक्त आयनीकरण का कार्य कहलाता है आयनीकरण क्षमता(इलेक्ट्रॉनवोल्ट 1 वी के संभावित अंतर के साथ विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित इलेक्ट्रॉन द्वारा प्राप्त ऊर्जा की एक इकाई है)। यदि आप किसी गैस अणु या परमाणु के बंधे हुए इलेक्ट्रॉन को एक निश्चित मात्रा में अतिरिक्त ऊर्जा प्रदान करते हैं, तो इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा स्तर के साथ एक नई कक्षा में चला जाएगा, और अणु या परमाणु उत्तेजित अवस्था में होगा। इलेक्ट्रॉन वोल्ट में व्यक्त ऊर्जा की वह मात्रा, जिसे किसी गैस के परमाणु या अणु को उत्तेजित करने के लिए खर्च किया जाना चाहिए, कहलाती है उत्तेजना क्षमता.किसी परमाणु या गैस के अणु की उत्तेजित अवस्था अस्थिर होती है, और इलेक्ट्रॉन फिर से स्थिर कक्षा में लौट सकता है, और परमाणु या अणु सामान्य अउत्तेजित अवस्था में चला जाएगा। उत्तेजना ऊर्जा प्रकाश विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में आसपास के स्थान में संचारित होती है।

आयनीकरण और उत्तेजना क्षमता का परिमाण परमाणु की प्रकृति पर निर्भर करता है। सबसे कम आयनीकरण क्षमता

(3.9 ईवी) में सीज़ियम वाष्प होता है, और उच्चतम (24.5 ईवी) हीलियम गैस के लिए देखा जाता है। क्षारीय पृथ्वी धातुओं (सीज़ियम, पोटेशियम, सोडियम, बेरियम, कैल्शियम) में इलेक्ट्रॉनों और नाभिक के बीच कमजोर संबंध होता है, इसलिए उनकी आयनीकरण क्षमता सबसे कम होती है, इसलिए, लोहे की तुलना में इलेक्ट्रॉन को उत्तेजित करने और कार्य करने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होगी, मैंगनीज, तांबा और निकल। जिन तत्वों में वेल्डेड धातु की तुलना में कम आयनीकरण और उत्तेजना क्षमता होती है, उन्हें गैसों में आर्क डिस्चार्ज के स्थिरीकरण को बढ़ाने के लिए इलेक्ट्रोड कोटिंग्स की संरचना में पेश किया जाता है। किसी धातु या तरल पदार्थ से एक इलेक्ट्रॉन को मुक्त करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा को कहा जाता है इलेक्ट्रॉन कार्य फ़ंक्शनऔर इलेक्ट्रॉनवोल्ट में व्यक्त किया जाता है।

हाइड्रोजन परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन का स्थानिक वितरण। @

ग्राफिक रूप से, एक इलेक्ट्रॉन को खोजने की संभावना को एक बादल के रूप में दर्शाया जा सकता है, जहां गहरे क्षेत्र खोजने की उच्च संभावना के अनुरूप होते हैं। किसी दिए गए परमाणु अवस्था में इलेक्ट्रॉन बादल के "आकार" और "आकार" की गणना की जा सकती है। हाइड्रोजन परमाणु की जमीनी स्थिति के लिए, श्रोडिंगर समीकरण को हल करने से पता चलता है
, (2.6)
कहाँ φ (आर)एक तरंग फ़ंक्शन है जो केवल परमाणु के केंद्र से दूरी r पर निर्भर करता है, r 1 एक स्थिरांक है जो पहले बोह्र कक्षा की त्रिज्या के साथ मेल खाता है। नतीजतन, हाइड्रोजन की जमीनी अवस्था में इलेक्ट्रॉन बादल गोलाकार रूप से सममित होता है, जैसा कि चित्र 11 में दिखाया गया है। इलेक्ट्रॉन बादल केवल परमाणु के आकार और इलेक्ट्रॉन की गति को दर्शाता है, क्योंकि (2.15) के अनुसार पता लगाने की संभावना अंतरिक्ष में किसी भी बिंदु के लिए इलेक्ट्रॉन शून्य नहीं है। चित्र 12 चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में हाइड्रोजन परमाणु के इलेक्ट्रॉन बादलों को इन अवस्थाओं में दिखाता है: n=2, l=1 और m=1, 0, -1।

चावल। 11. जमीनी अवस्था में हाइड्रोजन परमाणु का इलेक्ट्रॉन बादल n = 1, l = 0.

चावल। 12. हाइड्रोजन परमाणु के इलेक्ट्रॉन बादल और राज्यों n = 2, l = 1 में कोणीय गति की पूर्वता m = 1, 0, -1 के लिए

यदि इन अवस्थाओं में हम नाभिक से इलेक्ट्रॉन की सबसे संभावित दूरी निर्धारित करते हैं, तो वे संबंधित बोह्र कक्षाओं की त्रिज्या के बराबर होंगी। इस प्रकार, हालांकि क्वांटम यांत्रिकी कुछ प्रक्षेप पथों के साथ इलेक्ट्रॉन गति के विचार का उपयोग नहीं करता है, फिर भी, इस सिद्धांत में बोह्र कक्षाओं की त्रिज्या को एक निश्चित भौतिक अर्थ दिया जा सकता है।

स्तर की चौड़ाई- ऊर्जा क्वांटम-मैकेनिकल की अनिश्चितता। प्रणाली (परमाणु, अणु, आदि) जिसमें ऐसी अवस्था में अलग-अलग ऊर्जा स्तर होते हैं जो पूरी तरह से स्थिर नहीं होते हैं। श.उ. डी, जो ऊर्जा स्तर के धुंधलापन, इसके चौड़ीकरण की विशेषता है, सीएफ पर निर्भर करता है। किसी दिए गए राज्य में सिस्टम के रहने की अवधि - स्तर टी पर जीवनकाल कऔर, के अनुसार अनिश्चितता का रिश्ताऊर्जा और समय के लिए, सिस्टम की सख्ती से स्थिर स्थिति के लिए टी क= और डी =0. जीवनकाल टी क, और इसलिए श.उ. संभावना के कारण क्वांटम संक्रमणअन्य ऊर्जा वाले राज्यों में सिस्टम। एक मुक्त प्रणाली के लिए (उदाहरण के लिए, एक पृथक परमाणु के लिए) सहज उत्सर्जन। एक स्तर से निचले स्तर तक संक्रमण विकिरण, या प्राकृतिक, स्तर निर्धारित करता है:

, स्तर से सहज उत्सर्जन की कुल संभावना कहां है, अकी- आइंस्टीन गुणांक के लिएस्वत: उत्सर्जन। स्तर का विस्तार स्वतःस्फूर्त गैर-उत्सर्जन के कारण भी हो सकता है। उदाहरण के लिए, संक्रमण रेडियोएक्ट के लिए. परमाणु नाभिक - अल्फा क्षय .परमाणु स्तर की चौड़ाई स्तर की ऊर्जा की तुलना में बहुत छोटी होती है। अन्य मामलों में (उदाहरण के लिए, उत्तेजित नाभिक के लिए, क्वांटम संक्रमण की संभावना न्यूट्रॉन के उत्सर्जन के कारण होती है और बहुत अधिक होती है) Sh.u. स्तरों के बीच की दूरी के बराबर हो सकता है। कोई भी इंटरैक्शन जो सिस्टम के अन्य राज्यों में स्थानांतरित होने की संभावना को बढ़ाता है, अतिरिक्त स्थितियों को जन्म देता है। स्तरों का विस्तार. एक उदाहरण एक परमाणु (आयन) के स्तर का विस्तार है प्लाज्माआयनों और इलेक्ट्रॉनों के साथ इसके टकराव के परिणामस्वरूप (देखें)। प्लाज्मा विकिरण) . सामान्य तौर पर, कुल Sh.u. आनुपातिक इस स्तर से सभी संभावित संक्रमणों की संभावनाओं का योग - सहज और विघटन के कारण। इंटरैक्शन.

जटिल परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनिक स्तरों की संरचना की विशेषताएं। ऑर्बिटल्स में इलेक्ट्रॉनों के वितरण और मेंडेलीव की आवर्त सारणी के बीच संबंध। @

परंपरागत रूप से, सभी संभावित क्वांटम अवस्थाओं को परतों (कोशों), उप-परतों (उपकोशों) और कक्षाओं में वितरित (समूहीकृत) किया जाता है। जैसा कि यह निकला, परमाणुओं के गुण इन अवस्थाओं में इलेक्ट्रॉनों के वितरण से निर्धारित होते हैं।

एक क्वांटम परत (क्वांटम शेल) राज्यों का एक समूह है जो क्वांटम संख्या n के समान मान के अनुरूप है, लेकिन l, m, s के विभिन्न मानों के अनुरूप है। (2.8) के अनुसार, शेल में मौजूद इलेक्ट्रॉनों N की सबसे बड़ी संख्या, परत संख्या के वर्ग के दोगुने के बराबर है: N=2n 2 . चूँकि एक मल्टीइलेक्ट्रॉन परमाणु में अवस्थाओं की ऊर्जा दो क्वांटम संख्याओं n और l पर निर्भर करती है, क्वांटम परत में इलेक्ट्रॉन l ऊर्जा स्तर पर कब्जा कर सकते हैं। क्वांटम परतों को परत संख्याओं के अनुरूप संख्याओं द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है, इसके अलावा, उनके नाम भी होते हैं: परत n = 1 को K परत (या K शेल) कहा जाता है, परत n = 2 को L परत (या L शेल) कहा जाता है, परत n = 3 को M परत कहा जाता है, n = 4 - N, n = 5 - O परत, n = 6 - P इत्यादि।

संख्या n के साथ प्रत्येक क्वांटम परत में सशर्त रूप से n क्वांटम सबलेयर (उपकोश) होते हैं, जो समान n, l, लेकिन भिन्न m, s वाले राज्यों के अनुरूप होते हैं। एक सबलेयर में 2 (2l + 1) तक हो सकता है ) इलेक्ट्रॉनों, उपपरतों को अक्षरों द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है: एल = 0 - एस, एल= 1 - पी, एल= 2 - डी, एल= 3 - एफ, एल= 4 - जी, आदि। एक उपपरत में इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा लगभग समान होती है।

बदले में, प्रत्येक उपपरत में 2l+1 ऑर्बिटल्स होते हैं, जो समान n, l, m, लेकिन भिन्न s वाले राज्यों के अनुरूप होते हैं। 1/2.±प्रत्येक कक्षक में अलग-अलग स्पिन संख्या s = के साथ दो से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते हैं

इसका तात्पर्य यह है कि एस-सबलेयर में अधिकतम 2 इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं, पी-सबलेयर - 6, डी - 10, एफ - 14, जी - 18 इलेक्ट्रॉन। तदनुसार, K परत में अधिकतम 2 इलेक्ट्रॉन, L परत - 8, M परत - 18, N परत - 32, आदि हो सकते हैं।

1s® संरचनाएं और परतों की अधिकतम संभव भराई को सूत्रों के रूप में दर्शाया गया है: K-परत 2 2s®, L परत 2 2p 6 3s®, M-परत 2 3p 6 3d 10 4s®, N-परत 2 4p 6 4डी 10 4एफ 14. प्रस्तुत अवधारणाओं का उपयोग करके, आप पारंपरिक रूप से एक सूत्र का उपयोग कर सकते हैं और ग्राफिक रूप से इलेक्ट्रॉनों के वितरण को चित्रित कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन परमाणु ओ 8, इस प्रकार: प्रतीकात्मक रूप से - 1 एस 2 2 एस 2 2 पी 4, ग्राफिक रूप से - (छवि 14)।

चित्र 14. ऑक्सीजन ऑर्बिटल्स का पारंपरिक ग्राफिकल प्रतिनिधित्व।
ऑर्बिटल्स को आबाद करते समय, इलेक्ट्रॉन पहले प्रत्येक ऑर्बिटल में अकेले स्थित होते हैं, और फिर वे दूसरे इलेक्ट्रॉनों से भरने लगते हैं। इस विशेषता को हंड का नियम कहा जाता है; यह इस तथ्य के कारण है कि इस तरह के भराव के साथ उपपरत की ऊर्जा कुछ कम होती है। चित्र 14 ऑक्सीजन पर इस नियम के अनुप्रयोग को दर्शाता है।

पाउली सिद्धांत प्रकृति का एक मौलिक नियम है, जिसके अनुसार एक क्वांटम प्रणाली में आधे-पूर्णांक स्पिन वाले दो (या अधिक) समान कण एक साथ एक ही स्थिति में नहीं हो सकते हैं। डब्ल्यू. पाउली (1925) द्वारा तैयार किया गया।
एक परमाणु में प्रत्येक इलेक्ट्रॉन की स्थिति को चार क्वांटम संख्याओं द्वारा दर्शाया जाता है:

1. प्रमुख क्वांटम संख्या n (n = 1, 2 ...).

2. कक्षीय (अज़ीमुथल) क्वांटम संख्या l (l = 0, 1, 2, ... n-1)।

3. चुंबकीय क्वांटम संख्या एम (एम = 0, +/-1, +/-2, +/-... +/-एल)।

4. स्पिन क्वांटम संख्या एमएस (एमएस = +/-1/2)।

मुख्य क्वांटम संख्या n के एक निश्चित मान के लिए, इलेक्ट्रॉन की 2n2 विभिन्न क्वांटम अवस्थाएँ होती हैं।

क्वांटम यांत्रिकी के नियमों में से एक, जिसे पाउली सिद्धांत कहा जाता है, कहता है:

एक ही परमाणु में दो इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते जिनकी क्वांटम संख्याओं का सेट समान हो (अर्थात, एक ही अवस्था में दो इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते)।

पाउली सिद्धांत परमाणु के गुणों की आवधिक पुनरावृत्ति के लिए एक स्पष्टीकरण प्रदान करता है, अर्थात। मेंडेलीव की तत्वों की आवर्त प्रणाली।

बोहर की पहली अभिधारणा (स्थिर अवस्थाओं की अभिधारणा) में कहा गया है: एक परमाणु प्रणाली केवल विशेष स्थिर या क्वांटम अवस्थाओं में हो सकती है, जिनमें से प्रत्येक एक निश्चित ऊर्जा एन से मेल खाती है। स्थिर अवस्था में परमाणु विकिरण नहीं करता है।

यह अभिधारणा शास्त्रीय यांत्रिकी के साथ स्पष्ट विरोधाभास में है, जिसके अनुसार एक गतिमान इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा कोई भी हो सकती है। यह इलेक्ट्रोडायनामिक्स का भी खंडन करता है, क्योंकि यह विद्युत चुम्बकीय तरंगों को उत्सर्जित किए बिना इलेक्ट्रॉनों की त्वरित गति की संभावना की अनुमति देता है। बोहर की पहली अभिधारणा के अनुसार, एक परमाणु की विशेषता एक प्रणाली से होती है उर्जा स्तर , जिनमें से प्रत्येक एक विशिष्ट स्थिर अवस्था से मेल खाता है (चित्र 6.2.2)। धनावेशित नाभिक के चारों ओर बंद पथ पर घूमने वाले इलेक्ट्रॉन की यांत्रिक ऊर्जा ऋणात्मक होती है। इसलिए, सभी स्थिर अवस्थाएँ ऊर्जा मूल्यों के अनुरूप हैं ई एन < 0. При ई एन≥ 0 इलेक्ट्रॉन नाभिक से दूर चला जाता है, अर्थात आयनीकरण होता है। परिमाण | इ 1 | बुलाया आयनीकरण ऊर्जा . ऊर्जा की अवस्था इ 1 कहा जाता है आधारभूत स्थितियां परमाणु.

बोह्र का दूसरा अभिधारणा (आवृत्ति नियम) निम्नानुसार तैयार किया गया है: जब एक परमाणु ऊर्जा E n के साथ एक स्थिर अवस्था से ऊर्जा E m के साथ दूसरे स्थिर अवस्था में संक्रमण करता है, तो एक क्वांटम उत्सर्जित या अवशोषित होता है, जिसकी ऊर्जा अंतर के बराबर होती है स्थिर अवस्थाओं की ऊर्जाएँ:

बोहर की दूसरी अभिधारणा भी विरोधाभासी है मैक्सवेल का इलेक्ट्रोडायनामिक्सचूँकि विकिरण की आवृत्ति केवल परमाणु की ऊर्जा में परिवर्तन से निर्धारित होती है और यह किसी भी तरह से इलेक्ट्रॉन की गति की प्रकृति पर निर्भर नहीं करती है।

बोहर के सिद्धांत ने, परमाणु प्रणालियों के व्यवहार का वर्णन करते समय, शास्त्रीय भौतिकी के नियमों को पूरी तरह से खारिज नहीं किया। इसने नाभिक के कूलम्ब क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों की कक्षीय गति के बारे में विचारों को संरक्षित किया। बोहर के सिद्धांत में रदरफोर्ड परमाणु का शास्त्रीय परमाणु मॉडल इलेक्ट्रॉन कक्षाओं के परिमाणीकरण के विचार से पूरक था। इसलिए कभी-कभी बोह्र का सिद्धांत भी कहा जाता है अर्द्ध शास्त्रीय .

लाइन स्पेक्ट्रा - ऑप्टिकल उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा, जिसमें व्यक्तिगत वर्णक्रमीय रेखाएं शामिल हैं। एल.एस. परमाणु स्पेक्ट्रा, तारकीय वायुमंडल का स्पेक्ट्रा (फ्रौनहोफर लाइनें देखें), कार्बनिक के स्पेक्ट्रा हैं। विशेष रूप से कम पैक्स तापमान पर अणु। शर्तें (देखें...

परमाणु स्पेक्ट्रा - मुफ़्त का ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा याकमजोर रूप से बंधे हुए परमाणु (मोनोटोमिक गैसें, वाष्प)। परमाणु के क्वांटम संक्रमण के कारण होता है। परमाणु स्पेक्ट्रा लाइन स्पेक्ट्रा हैं, जिसमें व्यक्तिगत वर्णक्रमीय रेखाएं शामिल होती हैं, जो एक निश्चित लंबाई की विशेषता होती हैं लहर कीऔर सरल परमाणुओं के लिए उन्हें समूहीकृत किया जाता है वर्णक्रमीय श्रृंखला. इनमें परमाणुओं की संरचना के बारे में जानकारी होती है और इनका उपयोग वर्णक्रमीय विश्लेषण में भी किया जाता है।

प्रश्न 13.

परमाणु नाभिक - परमाणु का केंद्रीय विशाल भाग, जिसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन (न्यूक्लियॉन) होते हैं। हां में ए. परमाणु का लगभग संपूर्ण द्रव्यमान संकेंद्रित (99.95% से अधिक) होता है। नाभिक का आयाम लगभग 10 -13 -10 -12 सेमी है। नाभिक में एक सकारात्मक है इलेक्ट्रिक शुल्क, एब्स के गुणक। इलेक्ट्रॉन आवेश मान ई: क्यू = ज़ी. पूर्णांक Z तत्व की क्रमिक संख्या से मेल खाता है समय समय पर तत्वो की तालिका . हां. ए. इसकी खोज ई. रदरफोर्ड ने 1911 में पदार्थ से गुजरते समय अल्फा कणों के प्रकीर्णन पर किए गए प्रयोगों में की थी।

संरचना

नाभिक एक परमाणु का केंद्रीय भाग है। धनात्मक विद्युत आवेश और परमाणु के द्रव्यमान का बड़ा भाग इसमें केंद्रित होता है; इलेक्ट्रॉन कक्षाओं की त्रिज्या की तुलना में, नाभिक के आयाम बेहद छोटे होते हैं: 10-15 - 10-14 मीटर। सभी परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, जिनका द्रव्यमान लगभग समान होता है, लेकिन केवल प्रोटॉन ही वहन करता है बिजली का आवेश। प्रोटॉनों की कुल संख्या को किसी परमाणु का परमाणु क्रमांक Z कहा जाता है, जो तटस्थ परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या के समान है। परमाणु कण (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन), जिन्हें न्यूक्लियॉन कहा जाता है, बहुत मजबूत ताकतों द्वारा एक साथ बंधे होते हैं; अपनी प्रकृति से, ये बल न तो विद्युतीय और न ही गुरुत्वाकर्षण हो सकते हैं, और परिमाण में वे इलेक्ट्रॉनों को नाभिक से बांधने वाले बलों से अधिक परिमाण के कई क्रम हैं। नाभिक के वास्तविक आकार का पहला विचार रदरफोर्ड के पतली धातु की पन्नी में अल्फा कणों के प्रकीर्णन पर किए गए प्रयोगों द्वारा प्रदान किया गया था। कण इलेक्ट्रॉन कोशों में गहराई से प्रवेश कर गए और आवेशित नाभिक के पास पहुंचते ही विक्षेपित हो गए। इन प्रयोगों ने स्पष्ट रूप से केंद्रीय नाभिक के छोटे आकार का संकेत दिया और परमाणु आवेश को निर्धारित करने की एक विधि का संकेत दिया। रदरफोर्ड ने पाया कि अल्फा कण लगभग 10-14 मीटर की दूरी पर सकारात्मक चार्ज के केंद्र तक पहुंचते हैं, और इससे उन्हें यह निष्कर्ष निकालने की अनुमति मिली कि यह नाभिक की अधिकतम संभव त्रिज्या थी। इन मान्यताओं के आधार पर, बोह्र ने परमाणु के अपने क्वांटम सिद्धांत का निर्माण किया, जिसने असतत वर्णक्रमीय रेखाओं, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, एक्स-रे और तत्वों की आवर्त सारणी को सफलतापूर्वक समझाया। हालाँकि, बोह्र के सिद्धांत में नाभिक को एक धनात्मक बिंदु आवेश माना गया था। अधिकांश परमाणुओं के नाभिक न केवल बहुत छोटे निकले, बल्कि आर्क स्पार्क डिस्चार्ज, फ्लेम इत्यादि जैसी रोमांचक ऑप्टिकल घटनाओं के माध्यम से वे किसी भी तरह से प्रभावित नहीं हुए। नाभिक की एक निश्चित आंतरिक संरचना की उपस्थिति का संकेत 1896 में ए. बेकरेल द्वारा रेडियोधर्मिता की खोज थी। यह पता चला कि यूरेनियम, और फिर रेडियम, पोलोनियम, रेडॉन, आदि। न केवल लघु-तरंग विद्युत चुम्बकीय विकिरण, एक्स-रे और इलेक्ट्रॉन (बीटा किरणें) उत्सर्जित करते हैं, बल्कि भारी कण (अल्फा किरणें) भी उत्सर्जित करते हैं, और ये केवल परमाणु के विशाल भाग से ही आ सकते हैं। रदरफोर्ड ने अपने प्रकीर्णन प्रयोगों में रेडियम अल्फा कणों का उपयोग किया, जो परमाणु परमाणु के बारे में विचारों के निर्माण के आधार के रूप में कार्य किया। (उस समय यह ज्ञात था कि अल्फा कण अपने इलेक्ट्रॉनों से छीने गए हीलियम परमाणु थे; लेकिन इस सवाल का अभी तक उत्तर नहीं मिला था कि कुछ भारी परमाणु उन्हें अनायास क्यों उत्सर्जित करते हैं, न ही नाभिक के आकार का कोई सटीक विचार था।)

कर्नेल मॉडल

शुरुआत परमाणु भौतिकी के विकास की अवधि नाभिक के छोटी बूंद और खोल मॉडल के गठन और विकास से जुड़ी है। ये हां एम. 30 के दशक में लगभग एक साथ उभरे। 20 वीं सदी वे विभिन्न पर आधारित हैं निरूपण और नाभिक के विपरीत गुणों का वर्णन करने का इरादा है। ड्रॉपलेट मॉडल में, कोर को न्यूट्रॉन और प्रोटॉन तरल पदार्थ से युक्त एक सतत माध्यम माना जाता है और शास्त्रीय समीकरणों द्वारा वर्णित किया जाता है। हाइड्रोडायनामिक्स (इसलिए दूसरा नाम - हाइड्रोडायनामिक्स)। घनत्व परमाणु तरल पदार्थ बूंद के आयतन के अंदर लगभग स्थिर होता है और सतह परत में तेजी से गिरता है, जिसकी मोटाई बूंद की त्रिज्या से काफी कम होती है। बुनियादी पैरामीटर: असीम परमाणु तरल आर 0 (0.16 कण/एफएम 3) का संतुलन घनत्व, बाँधने वाली ऊर्जा प्रति 1 न्यूक्लियॉन एम 0 (16 मेव) और गुणांक। सतह तनाव s (1 MeV/fm 2); कभी-कभी एस 1 और एस 2 को न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के लिए अलग से पेश किया जाता है। न्यूट्रॉन आधिक्य के मूल्य पर परमाणु बंधन ऊर्जा की निर्भरता को ध्यान में रखना ( एन-जेड; एनऔर Z-क्रमशः, नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की संख्या), एक आइसोवेक्टर गुणांक पेश किया जाता है। परमाणु पदार्थ की संपीडनशीलता b (30 MeV); परमाणु पदार्थ की परिमित संपीड्यता - समद्विबाहु गुणांक को ध्यान में रखना। संपीड्यता (संपीड़न मापांक) क(200 मेव)।

नाभिक का बूंद मॉडलमूल का वर्णन करता है स्थूल नाभिक के गुण: संतृप्ति गुण, यानी द्रव्यमान संख्या A = N+Z के लिए भारी नाभिक की बंधन ऊर्जा की आनुपातिकता; ए पर कोर त्रिज्या आर की निर्भरता: आर = आर 0 ए 1/3, जहां आर 0 लगभग स्थिर गुणांक है। (1.06 एफएम) सबसे हल्के नाभिक को छोड़कर। यह वीज़सैकर सूत्र की ओर ले जाता है, जो औसतन नाभिक की बंधन ऊर्जा का अच्छी तरह से वर्णन करता है। छोटी बूंद मॉडल परमाणु विखंडन का अच्छी तरह से वर्णन करता है। तथाकथित के साथ संयोजन में। शेल सुधार (नीचे देखें) यह अभी भी आधार के रूप में कार्य करता है। इस प्रक्रिया का अध्ययन करने के लिए उपकरण.

नाभिक का शेल मॉडल एक माध्यम में स्वतंत्र रूप से घूमने वाले नाभिकों की एक प्रणाली के रूप में नाभिक के विचार पर आधारित है। शेष नाभिकों की बल क्रिया द्वारा निर्मित नाभिक का क्षेत्र। यह परमाणु मॉडल गोले के परमाणु मॉडल के अनुरूप उत्पन्न हुआ और मूल रूप से इसका उद्देश्य वीज़सैकर सूत्र और अस्तित्व से प्रयोगात्मक रूप से खोजे गए विचलन को समझाना था। मैजिकलनाभिक, जिसके लिए N और Z सबसे अधिक संगत हैं। बंधनकारी ऊर्जा की स्पष्ट अधिकतम सीमा। ड्रॉपलेट मॉडल के विपरीत, जो लगभग तुरंत ही अपने तैयार रूप में प्रकट हुआ, शेल मॉडल को विकास की एक लंबी अवधि से गुजरना पड़ा। खोज अवधि ऑप्ट-टाइम। संभावित प्रपत्र सी.एफ. फ़ील्ड U(r), जादू का सही मान प्रदान करता है। नंबर. आख़िरकार निर्णायक कदम उठाया गया. 40 एम. गोएपर्ट-मेयर और एच. जेन्सेन, जिन्होंने स्पिन-ऑर्बिट टर्म (यू एसएल)एवीजी की महत्वपूर्ण भूमिका की खोज की। खेत। केंद्र के लिए आधुनिक समय में कोर के भाग। सिद्धांत आमतौर पर सैक्सन-वुड्स क्षमता का उपयोग करते हैं।

परमाणु प्रतिक्रियाएँ

परमाणु प्रतिक्रियाएं, प्राथमिक कणों, जी-क्वांटा या एक दूसरे के साथ बातचीत करते समय परमाणु नाभिक का परिवर्तन। परमाणु प्रतिक्रियाओं का उपयोग प्रायोगिक परमाणु भौतिकी (प्राथमिक कणों के गुणों का अध्ययन, ट्रांसयूरेनियम तत्वों को प्राप्त करना, आदि), परमाणु ऊर्जा को निकालना और उपयोग करना आदि में किया जाता है। परमाणु प्रतिक्रियाएं चमकदार सितारों से ऊर्जा उत्पन्न करने की मुख्य प्रक्रिया हैं।

पोरोग्रेक्शन्स

परमाणु प्रतिक्रियाओं के तंत्र.

अंतःक्रिया के तंत्र के अनुसार, परमाणु प्रतिक्रियाओं को दो मुख्य प्रकारों में विभाजित किया जाता है:

यौगिक नाभिक के निर्माण के साथ प्रतिक्रियाएँ दो चरणों वाली प्रक्रिया है जो कम तापमान पर होती है।

टकराने वाले कणों की उच्च गतिज ऊर्जा (लगभग 10 MeV तक)।

प्रत्यक्ष परमाणु प्रतिक्रियाएँ जो कण के लिए आवश्यक परमाणु समय में होती हैं

कोर को पार कर गया. यह तंत्र मुख्य रूप से बमबारी करने वाले कणों की बहुत उच्च ऊर्जा पर ही प्रकट होता है।

बोह्र ने 1913 में अपने परिणाम प्रकाशित किए। भौतिकी की दुनिया के लिए, वे एक सनसनी और एक रहस्य दोनों बन गए। लेकिन इंग्लैंड, जर्मनी और फ्रांस नई भौतिकी के तीन उद्गम स्थल हैं - जल्द ही एक और समस्या से घिर गए। आइंस्टीन गुरुत्वाकर्षण के एक नये सिद्धांत पर अपना काम ख़त्म कर रहे थे(इसके परिणामों में से एक का परीक्षण 1919 में एक अंतरराष्ट्रीय अभियान के दौरान किया गया था, जिसके प्रतिभागियों ने एक ग्रहण के दौरान सूर्य के निकट से गुजरते समय एक तारे से आने वाली प्रकाश की किरण के विक्षेपण को मापा था)। बोह्र के सिद्धांत की भारी सफलता के बावजूद, जिसने उत्सर्जन स्पेक्ट्रम और हाइड्रोजन परमाणु के अन्य गुणों की व्याख्या की, इसे हीलियम परमाणु और अन्य तत्वों के परमाणुओं के लिए सामान्यीकृत करने के प्रयास बहुत सफल नहीं रहे। और यद्यपि पदार्थ के साथ अंतःक्रिया के दौरान प्रकाश के कणिका व्यवहार के बारे में अधिक से अधिक जानकारी एकत्रित की गई, बोह्र के अभिधारणाओं की स्पष्ट असंगतता (बोहर का परमाणु रहस्य) अस्पष्टीकृत रहा।

बीस के दशक में, अनुसंधान के कई क्षेत्र उभरे जिससे तथाकथित क्वांटम सिद्धांत का निर्माण हुआ। हालाँकि ये दिशाएँ पहले एक-दूसरे से पूरी तरह असंबंधित लगती थीं, बाद में (1930 में)उन सभी को समतुल्य दिखाया गया है और वे बस एक ही विचार के विभिन्न सूत्रीकरण हैं। आइए उनमें से एक का अनुसरण करें।

1923 में, लुई डी ब्रोगली, जो उस समय स्नातक छात्र थे, ने प्रस्ताव दिया कि कणों (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन) में तरंग गुण होने चाहिए। "मुझे ऐसा लगता है," उन्होंने लिखा, "... कि क्वांटम सिद्धांत का मुख्य विचार एक निश्चित आवृत्ति को इसके साथ जोड़े बिना ऊर्जा के एक अलग हिस्से का प्रतिनिधित्व करने की असंभवता है।"

तरंग प्रकृति की वस्तुएं कण गुण प्रदर्शित करती हैं (उदाहरण के लिए, प्रकाश, जब उत्सर्जित या अवशोषित होता है, तो कण की तरह व्यवहार करता है)। यह प्लैंक और आइंस्टीन द्वारा दिखाया गया था और बोह्र द्वारा परमाणु के अपने मॉडल में उपयोग किया गया था।फिर जिन वस्तुओं को हम आम तौर पर कण (कहते हैं, इलेक्ट्रॉन) समझते हैं, वे तरंगों के गुण प्रदर्शित क्यों नहीं कर सकतीं? में क्यों?तरंग और कण के बीच यह समरूपता डी ब्रोगली के लिए वही थी जो प्लेटो के लिए वृत्ताकार कक्षाएँ थीं, पाइथागोरस के लिए पूर्णांकों के बीच सामंजस्यपूर्ण संबंध, केपलर के लिए नियमित ज्यामितीय रूप, या कोपरनिकस के लिए एक प्रकाशमान पर केंद्रित सौर मंडल।

ये तरंग गुण क्या हैं? डी ब्रोगली ने निम्नलिखित सुझाव दिया। यह ज्ञात था कि एक फोटॉन अलग-अलग हिस्सों के रूप में उत्सर्जित और अवशोषित होता है, जिसकी ऊर्जा सूत्र द्वारा आवृत्ति से संबंधित होती है:

साथ ही, प्रकाश की सापेक्षिक मात्रा (शून्य आराम द्रव्यमान वाला एक कण) की ऊर्जा और गति के बीच संबंध का रूप इस प्रकार है:

ये अनुपात मिलकर देते हैं:

यहां से डी ब्रोगली ने तरंग दैर्ध्य और गति के बीच संबंध निकाला:

तरंग प्रकार की वस्तु के लिए - फोटॉन, जो अवलोकनों के आधार पर, कुछ भागों के रूप में उत्सर्जित और अवशोषित किया गया था।

डी ब्रोगली ने आगे सुझाव दिया कि सभी वस्तुएँ, चाहे वे किसी भी प्रकार की हों - तरंग या कणिका, एक निश्चित तरंग दैर्ध्य से जुड़ी होती हैं, जो बिल्कुल उसी सूत्र द्वारा उनके संवेग के माध्यम से व्यक्त की जाती हैं। उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन और सामान्य रूप से कोई भी कण एक तरंग से मेल खाता है जिसकी तरंग दैर्ध्य बराबर होती है:

यह किस प्रकार की लहर थी, यह डी ब्रोगली को उस समय तक नहीं पता था। हालाँकि, अगर हम मान लें कि किसी अर्थ में इलेक्ट्रॉन की एक निश्चित तरंग दैर्ध्य है, तो हमें इस धारणा से कुछ निश्चित परिणाम प्राप्त होंगे।

आइए हम स्थिर इलेक्ट्रॉन कक्षाओं के लिए बोह्र की क्वांटम स्थितियों पर विचार करें। आइए मान लें कि स्थिर कक्षाएँ ऐसी हैं कि उनकी लंबाई तरंग दैर्ध्य की पूर्णांक संख्या में फिट बैठती है, यानी, खड़ी तरंगों के अस्तित्व की शर्तें पूरी होती हैं। खड़ी तरंगें, चाहे तार पर हों या परमाणु में, गतिहीन होती हैं और समय के साथ अपना आकार बनाए रखती हैं।एक दोलन प्रणाली के दिए गए आकार के लिए, उनके पास केवल कुछ निश्चित तरंग दैर्ध्य होते हैं।

मान लीजिए, डी ब्रोगली ने कहा, कि हाइड्रोजन परमाणु में अनुमत कक्षाएँ केवल वे हैं जिनके लिए खड़ी तरंगों के अस्तित्व की शर्तें पूरी होती हैं। ऐसा करने के लिए, तरंग दैर्ध्य की एक पूर्णांक संख्या कक्षा की लंबाई के साथ फिट होनी चाहिए (चित्र 89), यानी।

nλ = 2πR, n = 1, 2, 3,…। (38.7)

लेकिन एक इलेक्ट्रॉन से जुड़ी तरंग दैर्ध्य को सूत्र का उपयोग करके उसके संवेग के रूप में व्यक्त किया जाता है:

तब अभिव्यक्ति (38.7) को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

एनएच/पी = 2πआर (38.8)

पीआर = एल = एनएच/2π (38.9)

परिणाम बोह्र की परिमाणीकरण स्थिति है। इस प्रकार, यदि एक निश्चित तरंग दैर्ध्य एक इलेक्ट्रॉन के साथ जुड़ा हुआ है, तो बोहर परिमाणीकरण स्थिति का मतलब है कि इलेक्ट्रॉन की कक्षा स्थिर है जब खड़ी तरंगों की एक पूर्णांक संख्या इसकी लंबाई के साथ फिट होती है। दूसरे शब्दों में, क्वांटम स्थिति अब परमाणु का विशेष गुण नहीं, बल्कि स्वयं इलेक्ट्रॉन का गुण बन जाती है ( और अंत में, अन्य सभी कण).

प्रकाशिकी के पाठ्यक्रम से यह ज्ञात होता है कि ऑप्टिकल घटनाओं की एक पूरी श्रृंखला को तरंग बिंदु से लगातार वर्णित किया जा सकता है; उदाहरण प्रकाश के व्यतिकरण और विवर्तन की प्रसिद्ध घटनाएँ हैं। दूसरी ओर (आइए हम पिछले पैराग्राफ में चर्चा किए गए कॉम्पटन प्रभाव का संदर्भ लें), प्रकाश अपनी कणिका प्रकृति को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करता है। इस तरंग-कण द्वैतवाद को एक प्रायोगिक तथ्य माना जाना चाहिए, और इसलिए प्रकाश का एक सुसंगत सिद्धांत एक कण-तरंग सिद्धांत होना चाहिए। बेशक, कुछ सीमित मामलों में, केवल तरंग या केवल कणिका विवरण ही पर्याप्त हो सकते हैं।

यह पता चला है, और साथ ही हम फिर से प्रयोग का उल्लेख करेंगे, कि गैर-शून्य द्रव्यमान वाले पदार्थ के कण (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, परमाणु, अणु इत्यादि शामिल हैं) भी तरंग गुण प्रदर्शित करते हैं, इसलिए उनमें और फोटॉन के बीच कोई बुनियादी अंतर नहीं है।

इस बिंदु पर, स्थूल से सूक्ष्म वस्तुओं की ओर जाने पर, भौतिक घटनाओं के सार को समझने में एक निश्चित कठिनाई उत्पन्न होती है। दरअसल, मैक्रोफेनोमेना के स्तर पर, कणिका और तरंग विवरण स्पष्ट रूप से प्रतिष्ठित हैं। सूक्ष्म-घटना के स्तर पर, यह सीमा काफी हद तक धुंधली हो जाती है और सूक्ष्म-वस्तु की गति तरंग और कणिका दोनों बन जाती है। दूसरे शब्दों में, ऐसी स्थिति जिसमें एक सूक्ष्म वस्तु कुछ हद तक एक कणिका के समान होती है, और कुछ हद तक एक तरंग के समान होती है, वास्तविकता के लिए अधिक पर्याप्त हो जाती है, और यह माप सूक्ष्म वस्तु के अवलोकन की भौतिक स्थितियों पर निर्भर करता है।

एक सुसंगत सिद्धांत जो सभी सूक्ष्म कणों की इस विशेषता को ध्यान में रखता है वह क्वांटम सिद्धांत है। लेकिन इसके मुख्य विचारों की प्रस्तुति के लिए आगे बढ़ने से पहले, यह स्थापित करना आवश्यक है कि एक और एक ही भौतिक वस्तु, सिद्धांत रूप में, कणिका या तरंग गुणों को कैसे प्रदर्शित कर सकती है और विवरण के इन दो अलग-अलग तरीकों के बीच क्या तुलनीयता मौजूद है।

ऑप्टिकल घटना में, एक किरण की अवधारणा (यानी, एक कणिका चित्र) की प्रयोज्यता के लिए एक मानदंड स्थापित किया गया है और तरंग अवधारणाओं से कणिका अवधारणाओं में संक्रमण के नियम पाए गए हैं। इस दिशा में निरंतर तर्क-वितर्क करते रहने से आशा की जा सकती है! यहां विपरीत दिशा में संक्रमण निहित है: शास्त्रीय यांत्रिकी की कणिका अवधारणाओं से लेकर क्वांटम यांत्रिकी की तरंग अवधारणाओं तक।

ऑप्टिकल-मैकेनिकल सादृश्य का उपयोग करते हुए संबंधित विचार 1924 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी एल. डी ब्रोगली द्वारा व्यक्त किए गए थे। डी ब्रोगली ने एक साहसिक परिकल्पना प्रस्तुत की कि तरंग-कण द्वंद्व केवल ऑप्टिकल घटनाओं की विशेषता नहीं है, बल्कि संपूर्ण भौतिकी में सार्वभौमिक प्रयोज्यता है। सूक्ष्म जगत. अपनी पुस्तक "रिवॉल्यूशन इन फिजिक्स" में उन्होंने लिखा: "एक सदी तक प्रकाशिकी में तरंग विधि की तुलना में कणिका विधि की बहुत उपेक्षा की गई; क्या पदार्थ के सिद्धांत में इसके विपरीत त्रुटि नहीं हुई? क्या हमने बहुत अधिक नहीं सोचा है "कणों" के चित्र के बारे में और उपेक्षित क्या यह तरंगों के चित्र के समान है?”

निम्नलिखित विचारों ने उन्हें भौतिक कणों में तरंग गुणों की धारणा के लिए भी प्रेरित किया। XIX सदी के 20 के दशक के अंत में। वी. हैमिल्टन ने ज्यामितीय प्रकाशिकी और शास्त्रीय (न्यूटोनियन) यांत्रिकी के बीच अद्भुत सादृश्य की ओर ध्यान आकर्षित किया। यह दिखाया गया कि भौतिकी की इन शाखाओं के मूल नियम, जो पहली नज़र में बहुत भिन्न हैं, गणितीय रूप से समान रूप में दर्शाए जा सकते हैं। परिणामस्वरूप, संभावित ऊर्जा वाले बाहरी क्षेत्र में एक कण की गति पर विचार करने के बजाय, एक उचित रूप से चयनित अपवर्तक सूचकांक के साथ एक वैकल्पिक रूप से अमानवीय माध्यम में प्रकाश किरण के प्रसार का अध्ययन किया जा सकता है। निःसंदेह, विवरणों की यह समानता विपरीत परिवर्तन की भी अनुमति देती है।

विख्यात सादृश्य हैमिल्टन द्वारा केवल ज्यामितीय प्रकाशिकी और शास्त्रीय यांत्रिकी तक विस्तारित किया गया था। लेकिन, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, ज्यामितीय प्रकाशिकी अधिक सामान्य तरंग प्रकाशिकी का एक अनुमान है और प्रकाश के विशुद्ध रूप से तरंग गुणों का वर्णन नहीं करता है। बदले में, शास्त्रीय यांत्रिकी में भी प्रयोज्यता की एक सीमित सीमा होती है: जैसा कि ज्ञात है, यह परमाणु प्रणालियों में असतत ऊर्जा स्तरों के अस्तित्व की व्याख्या नहीं कर सकता है।

डी ब्रोगली का विचार प्रकाशिकी और यांत्रिकी के बीच सादृश्य का विस्तार करना और तरंग यांत्रिकी की तुलना तरंग प्रकाशिकी से करना था, बाद वाले को अंतर-परमाणु घटनाओं पर लागू करने का प्रयास करना था। “इलेक्ट्रॉन और सामान्य रूप से सभी कणों, जैसे फोटॉन, को एक दोहरी प्रकृति का श्रेय देने का प्रयास, उन्हें कार्रवाई की मात्रा (प्लैंक स्थिरांक) से जुड़े तरंग कणिका गुणों के साथ संपन्न करने के लिए - ऐसा कार्य बेहद आवश्यक और फलदायी लग रहा था। .. तरंग प्रकृति के एक नए यांत्रिकी का निर्माण करना आवश्यक है, जो पुराने यांत्रिकी को तरंग प्रकाशिकी के साथ ज्यामितीय प्रकाशिकी के रूप में व्यवहार करेगा," डी ब्रोगली ने अपनी पुस्तक "रिवोल्यूशन इन फिजिक्स" में लिखा है।

पदार्थ के तरंग गुणों की खोज के लिए एल डी ब्रोगली को 1929 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

आइए अब मुद्दे के औपचारिक पक्ष की ओर मुड़ें। आइए हमारे पास द्रव्यमान वाला एक माइक्रोपार्टिकल (उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन) है एमनिर्वात में स्थिर गति से घूमना। कणिका विवरण का उपयोग करते हुए, हम कण को ​​​​ऊर्जा का श्रेय देते हैं इऔर सूत्रों के अनुसार गति (सापेक्ष कण के सामान्य मामले पर विचार करें)।

. (1.2.1)

दूसरी ओर, तरंग चित्र में हम आवृत्ति और तरंग दैर्ध्य (या तरंग संख्या) की अवधारणाओं का उपयोग करते हैं। यदि दोनों विवरण एक ही भौतिक वस्तु के अलग-अलग पहलू हैं, तो उनके बीच एक स्पष्ट संबंध होना चाहिए। डी ब्रोगली का अनुसरण करते हुए, आइए हम पदार्थ के कणों के मामले में एक चित्र से दूसरे चित्र में संक्रमण के उन्हीं नियमों को स्थानांतरित करें, जो प्रकाश पर लागू होने पर मान्य होते हैं:

(1.2.2)

संबंध (1.2.2) कहलाते हैं डी ब्रोगली फॉर्मूला. कण से जुड़ी तरंग दैर्ध्य द्वारा दी गई है

(1.2.3)

वे उसे बुलाते हैं डी ब्रोगली तरंग दैर्ध्य. प्रकाश के अनुरूप, यह समझना मुश्किल नहीं है कि यह तरंग दैर्ध्य ही है जो तरंग या कणिका चित्रों की प्रयोज्यता के मानदंड में दिखाई देनी चाहिए।

एक निश्चित आवृत्ति और तरंग वेक्टर के साथ निर्वात में तरंग का सबसे सरल प्रकार एक समतल मोनोक्रोमैटिक तरंग है

इलेक्ट्रॉन विवर्तन पर प्रयोगऔर अन्य कण

क्वांटम यांत्रिकी के निर्माण में एक महत्वपूर्ण चरण माइक्रोपार्टिकल्स के तरंग गुणों की स्थापना थी। कणों के तरंग गुणों का विचार मूल रूप से फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी लुईस डी ब्रोगली (1924) द्वारा एक परिकल्पना के रूप में सामने रखा गया था। यह परिकल्पना निम्नलिखित आधारों के कारण उत्पन्न हुई।

डी ब्रोगली की परिकल्पना कणों के तरंग गुणों की पुष्टि करने वाले प्रयोगों से पहले तैयार की गई थी। डी ब्रोगली ने इसके बारे में बाद में, 1936 में लिखा: "...क्या हम यह नहीं मान सकते कि इलेक्ट्रॉन प्रकाश के समान ही द्वैत है? पहली नजर में ये आइडिया बेहद साहसी लग रहा था. आख़िरकार, हमने हमेशा एक इलेक्ट्रॉन की कल्पना एक विद्युत आवेशित भौतिक बिंदु के रूप में की है जो शास्त्रीय गतिशीलता के नियमों का पालन करता है। एक इलेक्ट्रॉन ने कभी भी तरंग गुणों का प्रदर्शन नहीं किया है, जैसे कि, प्रकाश हस्तक्षेप और विवर्तन की घटनाओं में प्रदर्शित होता है। जब इसके लिए कोई प्रायोगिक साक्ष्य नहीं है तो तरंग गुणों को एक इलेक्ट्रॉन से जोड़ने का प्रयास अवैज्ञानिक कल्पना जैसा लग सकता है।

कई वर्षों तक भौतिकी में प्रमुख सिद्धांत यही था रोशनीवहाँ है विद्युत चुम्बकीय तरंग।हालाँकि, प्लैंक (थर्मल विकिरण), आइंस्टीन (फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव) और अन्य के काम के बाद, यह स्पष्ट हो गया कि प्रकाश में कणिका गुण होते हैंआप।

कुछ भौतिक घटनाओं की व्याख्या करने के लिए, प्रकाश को कणों - फोटॉनों की एक धारा के रूप में मानना ​​आवश्यक है। प्रकाश के कणिका गुण अस्वीकार नहीं करते, बल्कि उसके तरंग गुणों को पूरक करते हैं। इसलिए, फोटोन - प्राथमिक कण साथ चल रहा है प्रकाश की गति, तरंग गुण और होना ऊर्जा दे रहा हूँ ई =एचवी , कहाँ वी - प्रकाश तरंग की आवृत्ति.

फोटॉन संवेग पीएफ की अभिव्यक्ति प्रसिद्ध आइंस्टीन सूत्र ई = से प्राप्त की गई है टी 2 और संबंध ई = एचवीऔर आर. = टी.एस

(23.1)

कहाँ साथ- निर्वात में प्रकाश की गति, λ, - प्रकाश तरंग दैर्ध्य। यह फार्मूला था

डी ब्रॉगली द्वारा अन्य सूक्ष्म कणों - द्रव्यमान के लिए उपयोग किया जाता है टी,गति से चल रहा है और:

आर= ति = h/λ कहाँ से

(23.2)

डी ब्रोगली के अनुसार, एक कण की गति, उदाहरण के लिए एक इलेक्ट्रॉन, एक तरंग द्वारा वर्णित है

सूत्र (23.2) के अनुसार, विशेषता तरंग दैर्ध्य आर के साथ प्रक्रिया। ये लहरें

बुलाया बैलहमारे द्वारा डी ब्रोगली।

डी ब्रोगली की परिकल्पना इतनी असामान्य थी कि कई प्रमुख समकालीन भौतिकविदों के पास नहीं थी

इसे कोई अर्थ दिया. कुछ साल बाद, इस परिकल्पना को प्रयोगात्मक प्राप्त हुआ

मानसिक पुष्टि: इलेक्ट्रॉन विवर्तन की खोज की गई।

आइए त्वरित वोल्टेज पर इलेक्ट्रॉन तरंग दैर्ध्य की निर्भरता का पता लगाएं यू विद्युतीय

वह क्षेत्र जिसमें वह चलता है। इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा में परिवर्तन क्षेत्र बलों के कार्य के बराबर है:

आइए हम यहां से गति को व्यक्त करें वी और, इसे (23.2) में प्रतिस्थापित करने पर, हम पाते हैं

पर्याप्त ऊर्जा के साथ इलेक्ट्रॉनों की एक किरण प्राप्त करने के लिए, जिसे रिकॉर्ड किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, एक ऑसिलोस्कोप की स्क्रीन पर, 1 केवी के क्रम के त्वरित वोल्टेज की आवश्यकता होती है। इस मामले में, (23.3) से हम आर = 0.4 · 10 ~ 10 मीटर पाते हैं, जो एक्स-रे तरंग दैर्ध्य से मेल खाता है।

क्रिस्टलीय पिंडों पर एक्स-रे विवर्तन देखा जाता है; इसलिए, क्रिस्टल का उपयोग इलेक्ट्रॉन विवर्तन के लिए भी किया जाना चाहिए।

के. डेविसन और एल. जर्मर निकल एकल क्रिस्टल पर इलेक्ट्रॉन विवर्तन का निरीक्षण करने वाले पहले व्यक्ति थे, जे.पी. थॉमसन और, उनसे स्वतंत्र रूप से, पी.एस. टार्टाकोवस्की - धातु की पन्नी (एक पॉलीक्रिस्टलाइन बॉडी) पर। चित्र में. चित्र 23.1 एक इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न दिखाता है - पॉलीक्रिस्टलाइन फ़ॉइल के साथ इलेक्ट्रॉनों की परस्पर क्रिया से प्राप्त एक विवर्तन पैटर्न। इस आंकड़े की तुलना चित्र से करें। 19.21, आप इलेक्ट्रॉनों और एक्स-रे के विवर्तन के बीच समानता देख सकते हैं।

अन्य कण, दोनों आवेशित (प्रोटॉन, आयन, आदि) और तटस्थ (न्यूट्रॉन, परमाणु, अणु) भी विवर्तन करने की क्षमता रखते हैं।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण के समान, कण विवर्तन का उपयोग किसी पदार्थ के परमाणुओं और अणुओं की व्यवस्था में क्रम की डिग्री का आकलन करने के साथ-साथ क्रिस्टल लैटिस के मापदंडों को मापने के लिए किया जा सकता है। वर्तमान में, इलेक्ट्रॉन विवर्तन (इलेक्ट्रॉन विवर्तन) और न्यूट्रॉन विवर्तन (न्यूट्रॉन विवर्तन) की विधियों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

प्रश्न उठ सकता है: व्यक्तिगत कणों का क्या होता है, व्यक्तिगत कणों के विवर्तन के दौरान मैक्सिमा और मिनिमा कैसे बनते हैं?

बहुत कम तीव्रता के इलेक्ट्रॉन बीम, यानी व्यक्तिगत कणों के विवर्तन पर प्रयोगों से पता चला है कि इस मामले में इलेक्ट्रॉन अलग-अलग दिशाओं में "फैलता" नहीं है, बल्कि एक पूरे कण की तरह व्यवहार करता है। हालाँकि, किसी विवर्तन वस्तु के साथ अंतःक्रिया के परिणामस्वरूप अलग-अलग दिशाओं में इलेक्ट्रॉन विक्षेपण की संभावना अलग-अलग होती है। यह सबसे अधिक संभावना है कि इलेक्ट्रॉन उन स्थानों पर गिरेंगे, जो गणना के अनुसार, विवर्तन मैक्सिमा के अनुरूप हैं; उनके मिनिमा के स्थानों में गिरने की संभावना कम है। इस प्रकार, तरंग गुण न केवल इलेक्ट्रॉनों के समूह में, बल्कि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन में व्यक्तिगत रूप से भी अंतर्निहित होते हैं। चित्र 23.1

इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी।

इलेक्ट्रॉन प्रकाशिकी की अवधारणा

कणों के तरंग गुणों का उपयोग न केवल विवर्तन संरचनात्मक विश्लेषण के लिए किया जा सकता है, बल्कि प्राप्त करने के लिए भी किया जा सकता हैविषय की विस्तृत छवियां.

इलेक्ट्रॉन के तरंग गुणों की खोज ने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप बनाना संभव बना दिया। ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप (21.19) की रिज़ॉल्यूशन सीमा मुख्य रूप से मानव आंख द्वारा देखी जाने वाली प्रकाश की सबसे छोटी तरंग दैर्ध्य द्वारा निर्धारित की जाती है। इस सूत्र में डी ब्रोगली तरंग दैर्ध्य (23.3) के मान को प्रतिस्थापित करते हुए, हम एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की रिज़ॉल्यूशन सीमा पाते हैं जिसमें किसी वस्तु की छवि इलेक्ट्रॉन किरणों द्वारा बनाई जाती है:

(23.4

यह देखा जा सकता है कि संकल्प सीमा जीइलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप त्वरित वोल्टेज पर निर्भर करता है यू, जिसे बढ़ाकर यह सुनिश्चित करना संभव है कि रिज़ॉल्यूशन सीमा काफी कम है, और रिज़ॉल्यूशन पावर ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप की तुलना में काफी अधिक है।

एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप और उसके व्यक्तिगत तत्व एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के उद्देश्य के समान होते हैं, इसलिए हम इसकी संरचना और संचालन के सिद्धांत को समझाने के लिए प्रकाशिकी के साथ सादृश्य का उपयोग करेंगे। दोनों सूक्ष्मदर्शी के आरेख चित्र में दिखाए गए हैं। 23.2 (ए- ऑप्टिकल; बी- इलेक्ट्रोनिक)।

एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप में, वस्तु के बारे में जानकारी के वाहक अबफोटॉन हैं, प्रकाश. प्रकाश स्रोत आमतौर पर एक गरमागरम लैंप होता है 1 . किसी वस्तु (अवशोषण, प्रकीर्णन, विवर्तन) के साथ बातचीत करने के बाद, फोटॉन स्ट्रीम बदल जाती है और इसमें वस्तु के बारे में जानकारी होती है। फोटॉन प्रवाह लेंस का उपयोग करके बनता है: कंडेनसर 3, लेंस 4, ऐपिस 5. छवि AjBj को आंख 7 (या एक फोटोग्राफिक प्लेट, फोटोल्यूमिनसेंट स्क्रीन, आदि) द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है।

एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में, इलेक्ट्रॉन एक नमूने के बारे में जानकारी के वाहक होते हैं, और उनका स्रोत एक गर्म कैथोड होता है 1. इलेक्ट्रॉनों का त्वरण और किरण का निर्माण एक फोकसिंग इलेक्ट्रोड और एनोड द्वारा किया जाता है - एक प्रणाली जिसे इलेक्ट्रॉन गन कहा जाता है 2. नमूने (ज्यादातर बिखरने) के साथ बातचीत करने के बाद, इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह परिवर्तित हो जाता है और इसमें नमूने के बारे में जानकारी होती है। इलेक्ट्रॉन प्रवाह बनता है

एक विद्युत क्षेत्र (इलेक्ट्रोड और कैपेसिटर की एक प्रणाली) और एक चुंबकीय क्षेत्र (वर्तमान कॉइल्स की एक प्रणाली) के प्रभाव में। इन प्रणालियों को कहा जाता है इलेक्ट्रॉनिक लेंसऑप्टिकल लेंस के अनुरूप जो चमकदार प्रवाह बनाते हैं (3 - कंडेनसर; 4 - इलेक्ट्रॉनिक, लेंस के रूप में कार्य करना; 5 - प्रक्षेपण). छवि को इलेक्ट्रॉन-संवेदनशील फोटोग्राफिक प्लेट या कैथोडोल्यूमिनसेंट स्क्रीन पर रिकॉर्ड किया जाता है 6.

इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की रिज़ॉल्यूशन सीमा का अनुमान लगाने के लिए, हम त्वरित वोल्टेज को सूत्र (23.4) में प्रतिस्थापित करते हैं। यू = 100 केवी और 10 2 रेड के क्रम का एक कोणीय एपर्चर (लगभग इन कोणों का उपयोग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी में किया जाता है)। हम पाते हैं जी~0.1 एनएम; यह ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप से सैकड़ों गुना बेहतर है। 100 केवी से अधिक त्वरित वोल्टेज का उपयोग, हालांकि यह रिज़ॉल्यूशन को बढ़ाता है, तकनीकी कठिनाइयों से जुड़ा है, विशेष रूप से, अध्ययन के तहत वस्तु उच्च गति वाले इलेक्ट्रॉनों द्वारा नष्ट हो जाती है। जैविक ऊतकों के लिए, नमूना तैयार करने से जुड़ी समस्याओं के साथ-साथ संभावित विकिरण क्षति के कारण, रिज़ॉल्यूशन सीमा लगभग 2 एनएम है। इतना ही काफी है कि-

व्यक्तिगत अणुओं को देखना चाहेंगे. चित्र में. चित्र 23.3 में लगभग 6 एनएम व्यास वाले एक्टिन प्रोटीन फिलामेंट्स को दिखाया गया है। यह देखा जा सकता है कि वे प्रोटीन अणुओं की दो पेचदार रूप से मुड़ी हुई श्रृंखलाओं से बने होते हैं।

आइए हम इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के संचालन की कुछ विशेषताओं को इंगित करें। इसके उन हिस्सों में जहां इलेक्ट्रॉन उड़ते हैं, वहां एक वैक्यूम होना चाहिए, अन्यथा वायु (गैस) अणुओं के साथ इलेक्ट्रॉनों की टक्कर से छवि विरूपण हो जाएगा। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के लिए यह आवश्यकता अनुसंधान प्रक्रिया को जटिल बनाती है और उपकरण को अधिक बोझिल और महंगा बनाती है। वैक्यूम जैविक वस्तुओं के मूल गुणों को विकृत कर देता है, और कुछ मामलों में उन्हें नष्ट या विकृत कर देता है।

बहुत पतले खंड (0.1 माइक्रोमीटर से कम मोटाई) इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में जांच के लिए उपयुक्त होते हैं, क्योंकि इलेक्ट्रॉन पदार्थ द्वारा दृढ़ता से अवशोषित और बिखरे होते हैं।

कोशिकाओं, वायरस और अन्य सूक्ष्म वस्तुओं की सतह ज्यामितीय संरचना का अध्ययन करने के लिए, उनकी सतह की एक छाप प्लास्टिक की एक पतली परत पर बनाई जाती है (प्रतिकृति).आम तौर पर, एक भारी धातु (उदाहरण के लिए, प्लैटिनम) की एक परत जो इलेक्ट्रॉनों को दृढ़ता से बिखेरती है, को पहले एक स्लाइडिंग (सतह से छोटे) कोण पर वैक्यूम में प्रतिकृति पर छिड़का जाता है, जो ज्यामितीय राहत के प्रोट्रूशियंस और अवसादों को छाया देता है।

इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के फायदों में उच्च रिज़ॉल्यूशन, बड़े अणुओं की जांच की अनुमति, त्वरित वोल्टेज को बदलने की क्षमता और, परिणामस्वरूप, यदि आवश्यक हो तो रिज़ॉल्यूशन सीमा, साथ ही चुंबकीय और विद्युत का उपयोग करके इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह का अपेक्षाकृत सुविधाजनक नियंत्रण शामिल है। खेत।

फोटॉनों और इलेक्ट्रॉनों और अन्य कणों दोनों की तरंग और कणिका गुणों की उपस्थिति कई स्थितियों की अनुमति देती है

विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में आवेशित कणों की गति का वर्णन करने के लिए प्रकाशिकी के नियमों का विस्तार किया जा सकता है।

इस सादृश्य ने एक स्वतंत्र अनुभाग के रूप में पहचान करना संभव बना दिया इलेक्ट्रॉनिक प्रकाशिकी- भौतिकी का एक क्षेत्र जो विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के साथ परस्पर क्रिया करने वाले आवेशित कणों के पुंजों की संरचना का अध्ययन करता है। पारंपरिक प्रकाशिकी की तरह, इलेक्ट्रॉनिक प्रकाशिकी को भी विभाजित किया जा सकता है ज्यामितिक(रेडियल) और लहर(भौतिक)।

ज्यामितीय इलेक्ट्रॉन प्रकाशिकी के ढांचे के भीतर, विशेष रूप से, विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में आवेशित कणों की गति का वर्णन करना, साथ ही एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में योजनाबद्ध रूप से एक छवि बनाना संभव है (चित्र 23.2 देखें)। बी)।

तरंग इलेक्ट्रॉन प्रकाशिकी दृष्टिकोण उस स्थिति में महत्वपूर्ण है जब आवेशित कणों की तरंग गुण प्रकट होते हैं। इसका एक अच्छा उदाहरण पैराग्राफ की शुरुआत में दिए गए एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के रिज़ॉल्यूशन (रिज़ॉल्यूशन सीमा) को ढूंढना है