1. Законы излучения черного тела

Вид материала

Закон

Содержание Законы фотоэффекта Уравнение Эйнштейна Тема2 Двойственный корпускулярно-волновой характер света Статистический подход к рассмотрению вопроса Роль теории Бора 3 Волны вероятности В. Гейзенбергом 4 Основная концепция атомной физики. Развитие представлений о развитии материи. Основные представления современной атомистики Дефект масс Ядерные реакции Перспективы развития физики микромира

Подобный материал:

• Квантовая природа излучения, 83.39kb.
• 3 Спектр излучения абсолютно черного тела. Формула Планка Естественно предположить,, 187.41kb.
• Содержание Введение, 206.57kb.
• Лекция 7 Квантовая механика Излучения абсолютно черного тела, 254.44kb.
• Содержание лекций 3-го семестра Лекция, 74.02kb.
• Законы теплового излучения и спектральный анализ абсолютно черное тело, 276.25kb.
• Конвенция о защите черного моря от загрязнения (Бухарест, 21 апреля 1992 г.) Преамбула, 660.73kb.
• Программа курса лекций, 25.86kb.
• Положение IX открытого Международного фестиваля конкурса детского, юношеского и взрослого, 189.75kb.
• Тема: строение тела животных, 47.92kb.

1.Законы излучения черного тела Абсолютно черное тело – тело, которое полностью поглощает электромагнитные волны любых частот, т.е. все лучи, падающие на тело и ничего не отражает. Поглощая энергию, абсолютно чёрное тело нагревается и само начинает излучать. Примеры: сажа, черный бархат, платиновая чернь, Солнце. Модель а.ч.т.: непрозрачный ящик с небольшим отверстием. (днем окна домов кажутся темными).

1.Закон Стефана — Больцмана: Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямопропорциональна площади поверхности и четвёртой степени температуры тела:

P = SεσT⁴, где ε - степень черноты (для всех веществ ε < 1, для абсолютно черного тела ε = 1).

σ (сигма) –постоянная Стефана — Больцмана= 5,67 Вт/(м²*К⁴)

2.Закон смещения Вина Длина волны, при которой энергия излучения абсолютно чёрного тела максимальна, определяется законом смещения Вина: _ms = 2,9 / T. С увеличением температуры _ms уменьшается, что и следует из закона.
Пользуясь законом смещения Вина, можно измерять высокие температуры тел на расстоянии, например, расплавленных металлов, космических тел и др.

3. Закон Планка. Интенсивности излучения абсолютно черного тела зависят от температуры и длины волны. По мере увеличения длины волны энергия лучей возрастает, при некоторой длине волны достигает максимума, затем убывает. Кроме того, для луча одной и той же длины волны энергия его увеличивается с возрастанием температуры тела, испускающего лучи

4. Закон Кирхгофа. Для всякого тела излучательная и поглощательная способности зависят от температуры и длины волны. Из закона Кирхгофа следует, что если тело обладает малой поглощательной способностью, то оно одновременно обладает и малой лучеиспускательной способностью (полированные металлы). Абсолютно черное тело, обладающее максимальной поглощательной способностью, имеет и наибольшую излучательную способность. "Ультрафиолетовая катастрофа" в конце XIX в. сводилась к  парадоксальному результату, согласно которому никакое тепловое равновесие невозможно, так как вся энергия системы будет постепенно передаваться электромагнитным колебаниям все более высоких частот.  Немецкий физик М.Планк в 1900 г. предположил, что энергия излучается порциями – квантами (гипотеза Планка). Каждое тело, обладающее тепловой энергией для излучения, должно излучать её практически полностью в ультрафиолетовом спектре и выше. Физич. смысл постоянной Планка - ?

Законы фотоэффекта Ф. – явление вырывания электронов из вещества под действием света. Законы: 1.Число фотоэлектронов, вырываемых светом из в-ва,и сила тока насыщения пропорциональны освещенности (мощности светового излучения). 2.Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от освещенности. 3.Для каждого в-ва существует красная граница ф. – миним-я частота (или макс-я длина волны), при которой еще возможен ф.(если ν<ν миним. или λ> λ максим- я, то ф, не возможен)

Уравнение Эйнштейна: hν=A_выхода + mv²/2 A_выхода – работа выхода электрона из металла (у каждого металла своя, смотрят в таблице) mv²/2 – максимальная кинетическая энергия вылетевшего электрона hν – энергия фотона (светового кванта)

Тема2 Двойственный корпускулярно-волновой характер света. В одних опытах свет обнаруживает волновые свойства (интерференция, дифракция), а в других (фотоэффект) корпускулярные, т.е св-ва частиц. При излучении и поглощении свету присущи корпускулярные св-ва, а при распространении – волновые.

Статистический подход к рассмотрению вопроса

Развитие представлений о структуре атомов. Модель атома Резерфорда: в центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются электроны. Ядро состоит из протонов и нейтронов. В нем сосредоточена почти вся масса атома. Диаметр ядра 10^-15м. ,а диаметр атома 10^-10м. Число протонов и число электронов одинаковы и равны порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Число нейтронов в ядре М-Z.

Роль теории Бора Противоречия модель атома Резерфорда: двигаясь вокруг ядра, электрон имеет ускорение, значит он должен излучать электромагнитные волны. Это должно привести к падению электрона на ядро. Но в действительности атом устойчив и не излучает. Датский ученый Нильс Бор в 1913г разрешил это противоречие с помощью квантовых постулатов: 1.Атом находится в стационарном состоянии, в котором не излучает. 2. Переходя из одного стационарного состояния в другое, атом излучает или поглощает квант света, энергия которого hν=Е_n – E_m. Если Е_n> E_m, то фотон излучается, если Еnn и E_m – энергии атома в стац – х состояниях. Для модели атома Бора электроны внутри атома могут находиться лишь в стационарных состояниях, которые соответствуют определенным квантовым значениям энергии. Следовательно, существуют определенные энергетические уровни, на которых находятся электроны Гипотеза де Бройля: корпускулярно-волновая двойственность свойств присуща не только свету, но и частицам вещества - электронам, протонам, нейтронам, атомам, молекулам. Всякой частица ,имеющая массу m,которая движется со скоростью света с, имеет длину волны λ = h\ mv = h\ p. h – постоянная Планка, р –импульс частицы. Волновая функция Наличие у частицы волновых свойств приводит к тому, что в квантовой физике ей сопоставляется волновая функция (x,y,z,t). С её помощью можно рассчитать все измеряемые физические характеристики системы, вероятность пребывания её в определенном месте пространства и эволюцию во времени. Волновая функция может быть найдена в результате решения волнового уравнения Шредингера. Физический смысл волновой функции заключается в том, что плотность вероятности нахождения частицы в данной точке пространства в данный момент времени считается равной квадрату абсолютного значения волновой функции этого состояния. Если волновая функция, например, электрона в атоме, задана в координатном представлении, то квадрат модуля волновой функции представляет собой плотность вероятности обнаружить электрон в той или иной точке пространства Уравнение Шредингера Это уравнение, описывающее изменение в пространстве и во времени состояния, задаваемого волновой функцией. Играет в квантовой механике такую же важную роль, как уравнение второго закона Ньютона в классической механике. Его можно назвать уравнением движения квантовой частицы. Установлено Эрвином Шрёдингером в 1926 году. Одномерное стационарное уравнение Шрёдингера — линейное обыкновенное дифференциальное уравнение второго порядка вида



где — постоянная Планка, — масса частицы, — потенциальная энергия, — полная энергия, — волновая функция. X – расстояние. Уравнение Шрёдингера описывает распространение волны вероятности нахождения частицы в заданной точке пространства. С помощью волновой функции (пси-функции) определяется вероятность присутствия электрона в определенной области пространства.

Тема 3 Волны вероятности Частица в квантовой механике — это совсем не обычный шарик, пусть даже сверхмалых размеров. Она не имеет одновременно определенных значений координат и импульсов; она обладает волновыми свойствами. Макс Борн доказал, что связанная с электроном волна не есть обычная материальная волна классической физики. Это волна вероятности! Амплитуда волны (точнее — ее квадрат) определяет не плотность материи электрона в данном месте пространства, а вероятность того, что электрон будет здесь найден, если провести соответствующий эксперимент. (квадрат амплитуды волны, связанной с движением электронов и других частиц, пропорционален вероятности обнаружения в этом месте частицы. Таким образом, квантово-механические волны имеют мало общего с обычными классическими волнами. Это волны вероятности.) Соотношение неопределенностей. Согласно соотношению неопределенностей, чем точнее фиксирован, например, импульс, тем большая неопределенность будет в значении координаты.

)

     Это соотношение было получено в 1927 г немецким физиком В. Гейзенбергом и называется соотношением неопределенностей Гейзенберга. Из него следует, что чем точнее мы определяем координату частицы, т.е. чем меньше , тем более неопределенной становится проекция импульса частицы на эту координатную ось и наоборот. Это соотношение является следствием корпускулярно-волнового дуализма материи, следствием того, что частица обладает одновременно и свойствами волны, и свойствами корпускулы. Принцип дополнительности Бора. Это методологический принцип, сформулированный Нильсом Бором применительно к квантовой физике, согласно которому, для того чтобы наиболее адекватно описать физический объект, относящийся к микромиру, его нужно описывать во взаимоисключающих, дополнительных системах описания, например одновременно и как волну, и как частицу. В классической понятия «волна» и «частица» действительно противоположны и несовместимы по существу. Однако, в атомной физике оба они одинаково хорошо применимы для описания свойств одних и тех же объектов, причем для полного описания необходимо использовать их одновременно». Этот принцип получил широкое распространение. Его пытаются применять в психологии, биологии, этнографии, лингвистике и даже в литературе. При́нцип причи́нности в квантовой механике — один из самых общих физических принципов^[1], устанавливающий допустимые пределы влияния событий друг на друга. ^[1] П. п. исключает влияние данного события на все прошедшие события («будущее не влияет на прошлое»). В квантовой теории принцип причинности выражается как отсутствие корреляции результатов измерений в точках, разделённых пространственноподобным интервалом. В обычной трактовке это условие на операторы квантованных полей — для этих точек они коммутируют, таким образом, зависящие от них физические величины могут быть измерены одновременно без взаимных возмущений.

Тема 4 Основная концепция атомной физики. Развитие представлений о развитии материи. Заметный след в развитии учения о материи оставили мыслители Древней Греции Левкипп и особенно Демокрит - родоначальники атомистического учения об окружающем мире. Они впервые высказали мысль о том, что все предметы состоят из мельчайших неделимых частиц - атомов. Атомы движутся в пустоте, и их различные сочетания ОБРАЗУЮТ ВЕЩЕСТВА. Уничтожение вещей, по Демокриту, означает лишь их разложение на атомы. В настоящее время мы знаем, что атомы различны по своей природе и структуре и представляют лишь частицы вещества. Таким образом, у Демокрита мы видим отождествление понятия материи с одним из конкретных ее проявлений, с веществом. Весьма важную попытку дать определение материи сделал французский материалист XVIII века Гольбах: материи – ТО,что они вызывают у нас ощущения. К концу 19 века Была открыта клетка, сформулирован закон сохранения и превращения энергии, установлен Дарвиным эволюционный путь развития живой природы, Менделеевым создана периодическая система элементов. Основой бытия всех людей, предметов признавались атомы - мельчайшие, с точки зрения того времени, неделимые частицы вещества. Понятие материи отождествлялось с понятием вещества, масса характеризовалась как мера количества материи. Материя рассматривалась вне связи с пространством и временем. Благодаря работам Фарадея, а затем Максвелла, были установлены законы движения электромагнитного поля и электромагнитная природа света. При этом распространение электромагнитных волн связывалось с механическими колебаниями гипотетической среды - эфира. Физики с удовлетворением отмечали: наконец-то, картина мира создана, окружающие нас явления укладываются в предначертанные им рамки. В КОНЦЕ 19 ВЕКА последовала целая серия необъяснимых в рамках классической физики научных открытий: рентгеновские лучи, радиоактивность. Наш соотечественник Лебедев обнаруживает световое давление, тем самым окончательно утверждая материальность электромагнитного поля. В 19О5 г. Эйнштейном создается специальная теория относительности. ОБЪЯСНЕНИЯ ДАЛА КВАНТОВАЯ ФИЗИКА . оказывается, что атом распадается на частицы, электрон имеет изменчивую массу и т.д. Это коренное отличие свойств электрона и атома привело к мысли, что электрон нематериален. А поскольку с понятием атома, вещества отождествлялось понятие материи, а атом исчезал, то отсюда следовал вывод: "материя исчезла". С другой стороны, изменчивость массы электрона, под которой понималось количество вещества, стала трактоваться как превращение материи в "ничто". Таким образом, рушился один из главнейших принципов материализма - принцип неуничтожимости и несотворимости материи.

Основные представления современной атомистики:

1. Атом является сложной материальной структурой и представляет собой мельчайшую частицу химического элемента.
2. У каждого элемента существуют разновидности атомов (изотопы ?).
3. Атомы одного элемента могут превращаться в атомы другого. Квантово-механические представления о структуре атомов на примере атома водорода. В центре атома Н нах-ся ядро, состоящее из одного протона, вокруг ядра вращается один электрон. Однако представления квантовой механики не позволяют считать, что электроны движутся вокруг ядра по сколько-нибудь определённым траекториям (неопределённость координаты электрона в атоме может быть сравнима с размерами самого атома). Принцип Паули. В1925 г. швейцарский физик В.Паули (в 1945 г. ему была присуждена Нобелевская премия по физике) установил правило, названное впоследствии принципом Паули (или запретом Паули): а)В атоме не может быть двух электронов, обладающих одинаковыми свойствами, или: в атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковы. Б) В состояниях с определенным значением могут находиться в атоме не более 2n² электронов.Значит, на первой оболочке («орбите») могут находиться только 2 электрона, на второй – 8, на третьей – 18 и т. д.

(Стационарное квантовое состояние электрона в атоме или молекуле харак-ся 4-я квантовыми числами: главного n , орбитального l . магнитного m, магнитного спинового m_s .Каждое из них хар-т квантование: энергии ( n), момнта импульса (l), его проекции на направление внешнего магнитного поля (m) и проекции спина (m_s)). Принципу Паули подчиняются электроны, протоны, нейтроны и другие элемент. Частицы, имеющие спин h\2. (см Википедию) Роль принципа Паули в развитии современной атомной и ядерной физики. Принцип Паули сыграл выдающуюся роль в развитии современной физики. Так, например, удалось теоретически обосновать периодическую систему элементов Менделеева. Без принципа Паули невозможно было бы создать квантовые статистики и современную теорию твердых тел.

Принцип Паули помогает объяснить разнообразные физические явления. Следствием принципа является наличие электронных оболочек в структуре атома, из чего, в свою очередь, следует разнообразие химических элементов и их соединений. У атома водорода Z = 1 на оболочке 1 электрон. Этот электрон находится на первой оболочке (K-оболочка) и имеет состояние 1S, то есть у него n =1,а l =0(S-состояние), m = 0, m_s = ±l/2 (ориентация его спина произвольна). Периодическая система элементов Менделеева В 1869 г. Д. И. Менделеев открыл периодический закон изменения химических и физических свойств элементов в зависимости от их атомных масс. Д. И. Менделеев ввел понятие порядкового номера Z-элемента и, расположив химические элементы в порядке возрастания их номера, получил полную периодичность в изменении химических свойств элементов. Физический смысл порядкового номера Z-элемента в периодической системе был установлен в ядерной модели атома Резерфорда: Z совпадает с числом положительных элементарных зарядов в ядре (протонов) и, соответственно, с числом электронов в оболочках атомов. К середине XIX века были открыты 63 химических элемента( на сегодня в Дубне синтезирован элемент с №117, возможно назовут Московий в честь Московской области).- см Интернет! Тема 5. Основные концепции ядерной физики. Структура атомного ядра. . Протоно-нейтронную концепцию строения атомного ядра разработали Д.Д.Иваненко и немецкий ученыйВ.Гейзенберг в 1932. Ядра состоят из протонов и нейтронов, получивших название нуклонов. Масса нейтрона близка к массе протона. В ядре сосредоточена почти вся масса атома (масса электронов, входящих в атом, пренебрежительно мала по сравнению с массой ядра), оно имеет положительный заряд, эквивалентный суммарному заряду входящих в него электронов. Заряд ядра любого элемента Z равен его порядковому номеру в периодической системе элементов. Также Z равно числу электронов, вращающихся вокруг ядра. N – число нейтронов в ядре. А – массовое число, равное числу нуклонов в ядре: А = Z+N (спроси у меня!!!) Ядро не имеет резко выраженных границ, так как нуклоны обладают волновыми свойствами. Поэтому размер ядер имеет условный смысл, примерный радиус ядер 10^-15 м. Средняя плотность ядерного вещества колоссальная, примерно 1,3*10¹⁷кг/м³. Основные свойства ядерных сил. Ядерные силы – силы, действующие между нуклонами в ядре и обеспечивающие устойчивость ядер. Св-ва:1)это силы притяжения; 2)они короткодействующие, т.е. проявляются на малых расстояниях, только внутри ядра; 3)зарядовая независимость: силы между двумя протонами, двумя нейтронами, протоном и нейтроном одинаковы;4) св-во насыщения: каждый нуклон взаимодействует только с соседними нуклонами, а не со всеми; 5) эти силы не являются центральными; 6) имеют обменный характер, т.е. взаимодействуя, нуклоны обмениваются некоторой промежуточной частицей.

Дефект массы. Дефект массы Δm – разность между суммарной массой всех нуклонов ядра в свободном состоянии и массой ядра М_я: Δm= Zm_p + (A – Z)m_n - М_я. Z – число протонов в ядре, m_p – масса протона, A – Z – число нейтронов в ядре, m_n – масса нейтрона. В ядерной физике Δm измеряют в атомных единицах массы (а.е.м.). 1а.е.м. = 1,7*10^-27кг Энергия связи. Энергия связи ΔЕ_св –энергия, необходимая для расщепления ядра на отдельные нуклоны ( или энергия, которая выделяется при образовании ядра из нуклонов). ΔЕ_св = Δm*с², с=3*10⁸м\с – скорость света. Измеряется в Дж, если Δm измеряют в кг. Но обычно Δm измеряют в а.е.м., тогда ΔЕ_св = Δm*931 и измеряют в МзВ (мегазлектронвольтах). Тема 6. Основные концепции физики элементарных частиц. Типы фундаментальных взаимодействий. 4 вида типа фундаментальных гравитационное : сильное (ядерные силы), злектромагнитное ( между заряженными телами и частицами, т.е. кулоновские силы), гравитационное (между всеми телами в соотв-и с законом всемир. тяготения, обеспечивает существование звезд, планетных систем, не играет никакой роли в мире элементарных частиц) и слабое ( характеризует процессы превращения некоторых элементарных частиц). Классификация элементарных частиц. Элемента́рные части́цы — частицы, которые невозможно расщепить на составные части. Их классификация может быть разной. Например, по отношению частиц к разным типам фундаментальных взаимодействий.I.Фотоны (кванты электромагнитно поля), гравитоны (кванты гравитационного поля). Фотоны и гравитоны являются переносчиками электромагнитного и гравитационного взаимодействий. II Лептоны (от греч. — легкий, тонкий), – частицы, не участвующие в сильном взаимодействии. Их три семейства: электронное, мюонное, таонное. III. Адроны (от греч. — сильный, большой) – частицы, участвующие в сильном вз-ии. Подразделяются на мезоны (от греч. — средний, промежуточный) (с целыми спинами) и барионы (от греч. — тяжелый) ( с полуцелыми спинами). Протон и нейтрон – барионы. У каждой частицы есть античастица. Можно провести дальнейшую классификацию элементарных частиц. По массе они делятся на тяжелые, промежуточные и легкие. По времени жизни различают стабильные, квазистабильные и нестабильные частицы. К стабильным частицам относят электрон, протон, фотон и нейтрино. Квазистабильные частицы распадаются вследствие электромагнитного и слабого взаимодействия. Состояние проблемы на современном этапе развития естествознания. – не знаю

Тема7 Квантовая физика и развитие современной цивилизации. Ядерная энергетика. Ее важность и опасность. Ядерная энергия – энергия, выделяющаяся при цепных ядерных реакциях деления тяжелых ядер. В мирных целях исп-ся в атомных электростанциях, атомных подводных лодках, авианосцах и ледоколах. В военных целях, энергия деления ядер урана или плутония применяется в атомных бомбах. Я.э. начала развиваться после окончания 2-й мировой войны. В СССР руководил И.В.Курчатов. 1-я в мире АЭС – Обнинская, Калужская обл. В России около 17% электроэнергии вырабатывают 10 АЭС. Важность: атомная энергетика оказывается и эффективной, и относительно безопасной для окружающей среды. АЭС не расходует кислород для сжигания, не выбрасывает в атмосферу продукты сгорания, а главное — экономит запасы органического топлива — каменного угля, газа, нефти и других полезных ископаемых. Для работы АЭС требуется совсем небольшой объем ядерного топлива(не создаются транспортные проблемы), а перерабатывать его можно многократно. У станции высокая мощность, а вырабатываемая энергия оказывается довольно дешевой. Минусы: в случае аварии влияние на экологическую обстановку страны, т.к. выбросы в атмосферу и гидросферу радиоактивных отходов приводят к большому экологическому загрязнению, вследствие которого у людей начинаются проблемы со здоровьем, многие животные и растения мутируют или гибнут, ухудшается состояние почв, воды и атмосферы. Очень остро сейчас в мире стоит проблема захоронения ядерных отходов. Опасность малых доз радиоактивного загрязнения, которые получают тысячи людей, непосредственно работающих во всём цикле производства электроэнергии с помощью ядерного топлива, — от добычи и обогащения этого опасного топлива до захоронения остатков его переработки и всех попутно загрязнённых радиоактивностью материалов и приборов.

Ядерные реакции. Я.р. – превращения атомных ядер при их взаимодействии с частицами или другими ядрами. Схема: А+а=В+в, где А и В – исходное и конечное ядро, а и в - исходная и конечная частицы. 1-я в мире я.р. превращения азота в кислород (1919г, Резерфорд): N₇¹⁴ + He₂⁴ =O₈¹⁷+p₁¹. Термоядерный синтез – реакции слияния легких ядер в более тяжелые. Происходят при очень высоких температурах 10⁷ – 10⁹К. Выделяется очень большая энергия. Пример: изотопы водорода дейтерий и тритий, сливаясь, образуют ядро гелия H₁² + H₁³ =He₂⁴ +n₀¹. Терм – е реакции протекают в недрах Солнца и др. звезд, являясь источником их энергии, в водородной бомбе. Солнце – источник жизни на земле.

Оно на 80% состоит из водорода, около 20% гелия. Термоядерные реакции превращения Н в Не протекают в недрах Солнца, являясь источником его энергии. Ничтожная часть этой энергии в виде видимого, теплового и ультрафиолетового и гамма - излучения поступает в том числе и на Землю. Всякое движение на Земле происходит главным образом за счет энергии, которая поступает к нам в солнечных лучах. Читай Инт-т.

Перспективы развития физики микромира. – не знаю Тема 8. Твердотельная электроника. История развития.

Зонная теория твёрдого тела — квантовомеханическая теория движения электронов в твёрдом теле. Она позволила понять природу и объяснить важнейшие свойства металлов, полупроводников и диэлектриков. Как мы знаем из модели атома Бора, электроны в атоме расположены на различных орбитальных уровнях, характеризующихся различной удаленностью от ядра и, соответственно, различной энергией связи электрона с ядром. При образовании кристаллической решетки твердого тела орбиты электронов расщепляются на 2 энергетические зоны - зону проводимости и валентную зону. Все электроны, находящиеся в данной зоне, обладают очень близкими энергиями. Зону проводимости находится ближе к ядру и электроны в ней сильно связаны с ядром. Валентная зона -размытый на подуровни внешний слой электронной оболочки атомов, который у большинства веществ не заполнен. Поскольку внешний слой не насыщен электронами, в нем всегда имеются свободные подуровни, которые могут занять электроны из внешней оболочки соседних атомов. И электроны, действительно, проявляют удивительную подвижность, хаотично мигрируя от атома к атому в пределах валентной зоны, а в присутствии внешней разности электрических потенциалов они дружно «маршируют» в одном направлении, и мы наблюдаем электрический ток. Слой, в котором имеются свободно перемещающиеся электроны, принято называть зоной проводимости.  Электрические свойства твердого тела зависят от того, как электроны составляющих его атомов распределяются по орбитальным уровням при его кристаллизации. Многозонную теорию строения твердого тела можно использовать для объяснения электропроводности вещества. Если валентная зона твердого тела заполнена, а до следующей незаполненной энергетической зоны далеко, вероятность того, что электрон на нее перейдет, близка к нулю. Значит, электроны прочно привязаны к атомам и практически не образуют проводящего слоя. Соответственно, и под воздействием электрической разности потенциалов с места они не двигаются, и мы имеем изолятор — вещество, не проводящее электрический ток. Проводник, с другой стороны, как раз представляет собой вещество с частично заполненной зоной валентных электронов, внутри которой электроны имеют значительную свободу перемещения от атома к атому. Наконец, полупроводники — это кристаллические вещества с заполненной валентной зоной, и в этом они подобны изоляторам, однако разность энергий между валентным уровнем и следующим, проводящим энергетическим уровнем у них настолько незначительна, что электроны преодолевают ее при обычных температурах чисто в силу теплового движения.

Тема 9.Статистиеские и термодинамические методы описания многочастичных систем. Не знаю Статистические распределения.

Тема 10 Основные положения классической термодинамики. Первое и второе начало термодинамики. 1-й з.т.: изменение внутренней энергии тела при переходе из одного состояния в дрругоеравно сумме совершенной над телом работы А^' и полученного им количества теплоты Q: ΔU=А^' + Q. 1-й з.т. утверждает, что невозможно построить двигатель, который совершил бы работу большую, чем энергия, которая подводится к двигателю извне: вечный двигатель первого рода не существует. 2-й з.т.: невозможен процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому ( автор Клаузиус). Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая что коэффициент полезного действия не может равняться единице, поскольку для кругового процесса температура холодильника не должна равняться 0. Обратимые и необратимые процессы. Процесс является обратимым, если при совершении его сначала в прямом, а потом в обратном направлении в исходное состояние возвращаются и само тело (или система0, и все внешние силы , с которыми тело взаимодействовало. Пример: в вакууме абсолютно упругий шар падает на абсолютно упругую среду, при этом шар и плита возвращаются в начальное состояние. Всякий термодинамический процесс, не удовлетворяющий условиям обратимости, наз-я необратимым. Все реальные процессы необратимые, так как сопровождаются трением, диффузией, теплообменом. Цикл Карно. Это круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. Аня, здесь надо начертить график процесса и пояснить его. КПД цикла Карно. Спиши формулу в Интернете Второе начало термодинамики и энтропия. Энтропия S является функцией состояния термодинамической системы. Другая формулировка второго начала термодинамики основывается на понятии энтропии: «Энтропия изолированной системы не может уменьшаться» (закон неубывания энтропии). Для случая произвольного квазистатического процесса (состоящим из непрерывно следующих друг за другом состояний равновесия) выглядит так:

где dS — приращение (дифференциал) энтропии, а δQ — бесконечно малое приращение количества теплоты. Поскольку энтропия является функцией состояния, в левой части равенства стоит её полный дифференциал. Напротив, количество теплоты является функцией процесса, в котором эта теплота была передана, поэтому δQ считать полным дифференциалом нельзя. Аня, уточни по лекциям! Энтропия как мера беспорядка в системе.. Энтропию можно считать мерой беспорядка системы. Есть связь между энтропией и вероятностью состояния: состояние с большим беспорядком характеризуется большей термодинамической вероятностью, чем более упорядоченное состояние. С этим связана и необратимость тепловых процессов; они протекают так, чтобы беспорядок в системе увеличивалсяРассматривая энтропию как меру беспорядка в системе, можно утверждать, что максимуму энтропии соответствует максимально неупорядоченное с микроскопической точки зрения состояние – состояние термодинамического равновесия, имеющее наибольшую вероятность.