Действие ионизирующих излучений Явление радиоактивности

Атомная физика Примеры решения задач

Состояние квантовой системы и волновая функция. Вероятностная интерпретация волновой функции. Принцип суперпозиции. Соответствие между физическими величинами и операторами. Физический смысл собственных функций и собственных значений. Операторы координаты, импульса и энергии. Временн?е уравнение Шредингера. Нестационарные и стационарные состояния. Уравнение Шредингера для стационарных состояний и квантование энергии.

Магнитные свойства

    Явление магнетизма получило название от свойства кусков железной руды - магнетита (Fe3+[Fe2+Fe3+]O4, которые были обнаружены вблизи древнего города Магнезия. Все вещества - изоляторы, полупроводники, металлы, -обладают магнитными свойствами. Эти вещества подразделяются на ферромагнитные - (Fe, Co, Ni, ...) - притягиваются к области сильного внешнего магнитного поля); антиферромагнитные - (Dy, Ho, Er, ... MnO, FeO, ...) - отталкиваются от области сильного внешнего магнитного поля); парамагнитные вещества - (Ti, V, ...) - притягиваются к области сильного внешнего магнитного поля, но гораздо слабее, чем ферромагнетики); диамагнитные вещества - (Cu, Zn, ....) - слабо отталкиваются от полюсов магнитного поля и выталкиваются в область слабого магнитного поля).
    Магнетизм может быть понят только в рамках квантовой механики. В рамках классических представлений магнитный момент системы в т.-д. равновесии должен быть равен нулю даже во внешнем магнитном поле (теорема Бора - ван Левена).

Магнитные характеристики

    Магнетизм свободного атома имеет 3 главных источника: спин электронов; их орбитальный момент; и изменение в орбитальном моменте, индуцированном внешним магнитным полем. Не подтвердившееся представление о неких магнитных зарядах (монополи Дирака не обнаружены до настоящего времени) оказалось, тем не менее, удобной абстракцией. В частности, по аналогии с кулоновским взаимодействием, силу взаимодействия двух магнитных зарядов m1 и m2 можно записать как

F = K m1m2/r2,

(12.1)

где r - расстояние между зарядами, а K - постоянная, K = 1 в системе СГС и K = 1/4piмю0,
где мю0 = 4pi10-7 генри/метр (Гн м-1). Напряженность магнитного поля - есть сила, действующая на единичный положительный заряд:

H=m0/r2,

(12.2)

при этом сила действующая на заряд m в поле H,

F = mH.

(12.3)

Магнитный момент диполя определяется как

мю = ml,

(12.4)

где l - вектор, связывающий точечные магнитные заряды m и -m.
На магнитный дипольный момент, помещенный в однородное поле H, действует момент сил:

L = [Hмю].

(12.5)

На магнитный момент, помещенный в неоднородное магнитное поле, действует сила F = (мюnabla.gif (67 bytes))H. (12.6)

Для материалов вводится понятие намагниченности (magnetization) М (иногда- I) - как отношение магнитного момента малого объема к этому объему

M = мю/deltaV.

(12.7)

Коэффициент пропорциональности chi между М и Н называется магнитной восприимчивостью вещества (magnetic susceptibility)

M = chi H.

(12.8)

При нарушении линейной зависимости между М и Н:

chi = dM/dH.

(12.9)

В общем случае chi - тензор. Магнитная индукция В связана с намагниченностью соотношением

B = H + 4piM (СГС)

(12.10а)

B = мю0(H + M) (СИ)

(12.10б)

Коэффициент пропорциональности мю между B и Н

B = мюH

(12.11)

называется магнитной проницаемостью (permeability). Из предыдущего следует

мю = 1 + 4pichi (СГС) {мю = мю0(1 + chi ) (CИ)}

(12.12)

    Характеристикой магнитного материала является кривая намагничения и петля гистерезиса.
    Все вещества можно сгруппировать в 5 групп: 1) диамагнетики, 2) парамагнетики, 3) ферромагнетики, 4) ферримагнетики, 5) антиферромагнетики
    Единицы измерений- [B] = Гс (СГС) = Тл(СИ), 1Тл = 104 Гс. Максимальное поле, достигнутое в лабораторных условиях = 100 Тл, обычное поле в сверхпроводящих катушках - 10 Тл, магнитное поле Земли ~50 мкТл = 0.5 Гс. Типичное поле э/магнита с Fe-сердечником - ~1 Тл.

Восприимчивость диамагнетиков, парамагнетиков, ферромагнетиков и ферримагнетиков Гамильтониан взаимодействия атомов и молекул с магнитным полем, расщепление уровней

Ларморовский диамагнетизм атомов с полностью заполненными внутренними оболочками Парамагнетизм Закон Кюри-Бриллюэна Если кристалл состоит из атомов, не имеющих недостроенные внутренние оболочки, то внутренние оболочки слабо подвержены влиянию соседних атомов решетки Парамагнетизм группы железа Расщепление внутрикристаллическим полем Замораживание орбитального углового момента. Парамагнитная и диамагнитная восприимчивость электронов проводимости Помимо парамагнетизма Паули электроны проводимости обладают диамагнетизмом, обусловленным взаимодействием спина электрона с внешним полем H. В сильных полях, низких т-рах и в чистых материалах - осцилляции М(H) - эффект де Гааза-ван Альфена при условии ωcτ = eBτ/mc >> 1 Правило Рассела-Саундерса состоит а утверждении, что полный орбитальный момент атома J формируется как сумма полных орбитальных моментов и полных спинов электронов, т.е.

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Кроме лабораторных работ, выполняемых в реальных экспериментах, перечень содержит также работы, реализуемые методами компьютерного моделирования (КМ). 1. Рентгеновские спектры (КМ). 2. Изучение спектра атома водорода 3. Определение потенциала ионизации атома ртути. 4. Дифракция электронов (КМ). 5. Эффект Рамзауэра 6. Опыт Штерна и Герлаха (КМ). 7. Магнитный резонанс 8. Изучение спектра атома натрия. 9. Измерение интенсивностей в спектрах атомов щелочных металлов. 10. Изучение спектра поглощения молекулы йода. 11. Уравнение Шредингера и квантование энергии (КМ). 12. Уровни энергии и волновые функции атома водорода (КМ). 13. Колебательно-вращательные спектры двухатомных молекул. 14. Квантоворазмерные эффекты в спектрах поглощения и люминесценции квантовых точек Cd Se.
Примеры решения задач по атомной физике