Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Вихман Э. -> "Квантовая физика" -> 32

Квантовая физика - Вихман Э.

Вихман Э. Квантовая физика — М.: Наука, 1972. — 396 c.
Скачать (прямая ссылка): kvantovayafizika1972.pdf
Предыдущая << 1 .. 26 27 28 29 30 31 < 32 > 33 34 35 36 37 38 .. 194 >> Следующая


Весьма полезно помнить, однако, что если макроскопическое тело имеет температуру Т, го часто (хотя и не всегда) средняя энергия «беспорядочного» движения, приходящаяся на один атом (или молекулу), имеет порядок kT.

Это утверждение дает нам возможность оценить среднюю энергию беспорядочного теплового движения атома или молекулы, если мы знаем температуру. Для некоторых специальных систем можно высказать более точное утверждение. Важным примером может служить газ, состоящий из молекул, нагретый до температуры Т. Средняя кинетическая энергия Еtr, связанная с поступательным движением молекулы, равна в этом случае

?tr = (3/2)?T (17а)

независимо от того, имеем ли мы дело со сложной молекулой или с атомом. Вывод этой формулы—дело статистической механики, и мы отложим его до тома V этого курса *), но будем часто прибегать к формуле (17а).

18. Мы говорили уже, что понятия теплоты или температуры неприменимы к изолированным ядрам, атомам или молекулам. Эти понятия относятся к веществу в целом. Мы почти никогда не можем производить измерения над изолированными частицами. Они всегда погружены в некую среду, представляющую собой макроскопическое тело. Поэтому беспорядочное тепловое движение почти всегда является фактором, который следует учитывать, если мы хотим

*) Рейф Ф. Статистическая физика.— 3-е изд.— М.: Наука, 1986.

60
понять поведение квантовомеханических систем, особенно когда мы> рассматриваем макроскопические следствия квантовых явлений.

Важной особенностью теплового движения в системе является его беспорядочность. Это вводит в поведение системы элемент случайности. Можно сказать, что беспорядочное тепловое движение является «шумом в чистой симфонии квантовой механики». И следует добавить, что часто шум настолько велик, что заглушает музыку. В принципе тепловое движение можно подавить, если поддерживать исследуемую систему и ее окружение при температуре, очень близкой к О К. Действительно, при абсолютном нуле тепловое движение исчезает. На практике полного подавления достичь нельзя. Тепловое движение является характерной особенностью мира, в котором мы живем.

Порядки величин в атомной и молекулярной физике

19. Представим себе атом в виде некоторой динамической системы, состоящей из очень малого ядра, окруженного облаком электронов. Электроны притягиваются к ядру и взаимодействуют друг с другом с помощью электромагнитных сил. Наша вера в то, что электромагнитные силы являются единственными силами, которые надо учитывать для понимания свойств атомов и молекул, основана на постоянном сравнении предсказаний теории с опытом.

Квантовая теория, описывающая взаимодействие заряженных частиц с электромагнитным полем, называется квантовой электродинамикой. Она включает в себя законы специальной теории относительности. В настоящее время это наиболее успешная теория фундаментальных процессов, происходящих с элементарными частицами. Она позволила описать строение атомов и молекул, а также испускание и поглощение этими объектами электромагнитного излучения.

20. Как показывает эксперимент, размер ядра порядка 10~13 см, а атома 10~8 см. Таким образом, объем ядра ничтожно мал по сравнению с объемом всего атома.

Масса ядра велика по сравнению с массой электрона, равной

0,0005486 а. е. м. Действительно, отношение масс электрона и протона равно

/пШр = 1/1836. (20aV

Разумно ожидать, что по крайней мере в первом приближении движение ядра не играет существен ной' рол и и ядро можно считать «бесконечно тяжелым» и фиксированным в пространстве. Так как ядро очень мало, то сделаем еще одно упрощение и будем считать его «точкой». В такой атомной модели роль ядра сводится к созданию электростатического поля, описываемого потенциалом

V(r)=eZ/r, (20b)*

где е — элементарный заряд; Z — атомный номер.


Задачей теории атома, в первом приближении, является исследование движения электронов в этом электростатическом поле. Читатель должен помнить, что, говоря о «движении», мы имеем в виду движение в квантовомеханическом смысле. Позже мы поясним, что это значит.

21. Квантовая электродинамика описывает взаимодействие электронов с электромагнитным полем. Рассмотрим физические величины, входящие в эту теорию, т. е. массу электрона т, заряд электрона е, скорость света с и постоянную Планка fi. С помощью констант т, с и п> можно образовать так называемые естественные единицы квантовой электродинамики, о которых мы говорили в п. 13: т — 'единица массы, тс-—единица энергии, flimc— единица длины, %;тс2— единица времени.

До сих пор мы не говорили об элементарном заряде е. Эта величина играет роль константы связи; она показывает, как сильно электрон связан с электромагнитным полем *). Попытаемся получить безразмерную величину, характеризующую силу этой связи. Для этого вычислим в указанных выше единицах электростатическую энергию отталкивания двух электронов, находящихся на расстоянии %!тс. Обозначая эту величину через а, имеем
Предыдущая << 1 .. 26 27 28 29 30 31 < 32 > 33 34 35 36 37 38 .. 194 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed