Quantization ya nishati elektroni katika atomi. njia ya kuzalisha nishati katika mtambo huo na neutrons polepole

Makala hii anazungumza juu ya nini quantization ya nishati na umuhimu wa jambo hili ni kwa sayansi ya kisasa. Inaonyesha historia ya ugunduzi wa discreteness ya nishati, na pia alionyesha upeo chembe quantized.

Mwisho wa fizikia

Katika karne ya kumi na tisa, mtanziko wanakabiliwa na wanasayansi: cha basi sasa wa teknolojia, sheria zote uwezekano wa fizikia walikuwa aligundua, alielezea na alisoma. Wanafunzi ambao wamekuwa na uwezo sana maendeleo katika sayansi, mwalimu kutoruhusu kuchagua fizikia. Wao waliamini kwamba Nimelitukuza tena inawezekana, kulikuwa tu kazi za kawaida kwa ajili ya utafiti ya maelezo kidogo madogo. Ni zaidi inafaa mtu makini, si vipawa. Hata hivyo, picha kwamba ni zaidi burudani na ugunduzi alitoa nafasi ya kutafakari. Yote ilianza na kutokwenda rahisi. Ili kuanza, ikawa ni kwamba mwanga si imara kabisa: katika hali fulani, uchomaji wa hidrojeni kushoto kwenye sahani idadi ya mistari badala ya sehemu moja tu. Zaidi ya hayo, ilibainika kuwa spectra ya heli na mistari zaidi ya spectra hidrojeni. Kisha iligundulika kwamba uchaguzi wa nyota moja ni tofauti na wengine. Na safi udadisi kulazimishwa watafiti manually kuweka uzoefu moja baada ya nyingine katika kutafuta majibu ya maswali. On matumizi ya kibiashara ya uvumbuzi wao si mawazo ya.

Planck na quantum

Kwa bahati nzuri kwa ajili yetu, mafanikio haya katika fizikia alikuwa akifuatana na maendeleo ya hisabati. Kwa sababu maelezo ya nini kinatokea fit katika formula tata sana. Mwaka wa 1900, Maks Plank, kazi ya nadharia ya mionzi ya mwili nyeusi kabisa, iligundua kuwa nishati ni quantized. Tueleze kwa ufupi kuhusu maana ya taarifa hii ni rahisi sana. Any chembe ya msingi inaweza tu kuwa katika hali ya baadhi ya maalum. Kama kusababisha mfano mbaya, kukabiliana inaweza kuonyesha mataifa hayo ya 1, 3, 8, 13, 29, 138. maadili mengine yote hazipatikani kati yao. sababu kwa hili sisi itaonyesha baadaye. Hata hivyo, kama wewe kupiga mbizi katika hadithi ya ugunduzi huu, ni muhimu kufahamu kwamba mwanasayansi kuchukuliwa nishati quantization ya mwisho wa maisha ni tu rahisi hisabati hila, si kijana mwenye akili makubwa ya kimwili.

Mganda na uzito

mwanzo wa karne ya ishirini ilikuwa mkubwa na uvumbuzi kuhusiana na ulimwengu wa chembe ya msingi. Lakini kubwa siri ni kitendawili ifuatayo: wakati mwingine, chembe kuishi kama vitu na wingi (na hivyo kasi), na baadhi - kama wimbi. Baada ya muda mrefu na kuendelea migogoro kufika hitimisho improbable: elektroni, protoni, nyutroni na mali hizo kwa pamoja. Hali hii inaitwa la wimbi chembe ya pande mbili (katika hotuba ya wanasayansi wa Urusi miaka mia mbili iliyopita corpuscle kuitwa chembe). Hivyo, elektroni ni wingi fulani, kama walikuwa smeared katika wimbi la frequency fulani. Electronic ambayo rotates kuzunguka kiini atomia, kubwa inatoa mawimbi kwenye moja ya mwingine. Kwa hiyo, tu katika umbali fulani kutoka katikati (ambayo hutegemea wavelength), elektroni wimbi rotates, usighairi kila mmoja. Hii hutokea wakati katika kuweka "kichwa" ya elektroni wimbi juu ya yake "mkia" highs sambamba na maximums na minimums - minimums. Hii inaelezea quantization ya nishati ya chembe, ambayo ni kuwepo kwa mizunguko kichele ambao elektroni inaweza kuwepo.

Spherical nanokon katika vacuo

Hata hivyo, mifumo ya kweli ni tata sana. Kutii mantiki ilivyoelezwa hapo juu inaweza kuwa zaidi kueleweka elektroni mizunguko mfumo katika hidrojeni na heli. Hata hivyo, kuanzia hapo na kuendelea mahitaji badala hesabu tata. Kujifunza jinsi ya kuelewa wanafunzi kisasa kujifunza quantization nishati ya chembe katika vizuri uwezo. Ili kuanza, chagua njia bora ya shimo na moja elektroni mfano. Ili kutatua hayo wakamuomba achukue equation ngazi ya nishati ambayo elektroni inaweza. Baada ya kujifunza kwa kuangalia maelewano, kuanzisha vigezo zaidi: upana na kina cha pia, nishati na mzunguko wa elektroni kupoteza yakini yake, na kuongeza utata equations. Zaidi ya hayo shimo sura ni iliyopita (kwa mfano, inakuwa mraba au toothed wasifu, kingo kupoteza ulinganifu wake), ni kuchukuliwa nadharia chembe ya msingi na tabia ya taka. Na kisha tu kujifunza kutatua matatizo ambayo inaonekana radiant nishati quantization chembe halisi na hata mifumo ngumu zaidi.

msukumo kasi

Hata hivyo, kiwango cha nishati, kwa mfano, elektroni - ni zaidi au chini ya wazi thamani. Zote, kwa njia moja au nyingine, lakini inaonekana kuwa juu ya nishati ya joto ya betri ya kati, juu ya joto katika ghorofa. Kwa hiyo, quantization ya nishati bado inawezekana kufikiria akili. Pia kuna dhana katika fizikia kwamba maana shirikishi magumu. kasi ni bidhaa ya jumla kasi chini (si kusahau kwamba kasi na kasi ya wote - vector ukubwa, yaani uhuru wa mwelekeo). Ni kutokana na msukumo ni wazi kwamba thamani ya wastani polepole flying jiwe tu kuondoka bruise, kama wewe kuanguka katika mtu, kisha kama risasi ndogo, kufukuzwa kazi kwa mwendo wa kasi, mapumziko kwa njia ya mwili. Katika micro mapigo sawa - hii ni kama kiasi kwamba sifa uhusiano wa chembe na nafasi ya jirani, pamoja na mali yake navigate na kuingiliana na chembe nyingine. mwisho ni moja kwa moja unategemea nishati. Hivyo, ni wazi kwamba quantization ya nishati na kasi ya chembe kuwa yanahusiana. Zaidi ya hayo, h mara kwa mara, ambayo inaonyesha chini zaidi iwezekanavyo sehemu ya jambo kimwili na inaonyesha maadili kipekee ni pamoja na katika formula na nishati na kasi wa chembe katika nanoworld. Lakini kuna dhana hata zaidi mbali na angavu uelewa - kasi. Ni inahusu miili kupokezana na maana gani kwa wingi na kupokezana kasi angular. Kumbuka, kasi angular inaonyesha ukubwa wa mzunguko kwa muda kitengo. kasi angular pia na uwezo wa kutoa taarifa Mbinu mgao wa kupokezana Dutu mwili: Vitu kwa wingi hiyo lakini unaozingatia kuhusu mhimili wa kuzunguka au pembezoni itakuwa na tofauti angular. Kama msomaji pengine tayari guessed, katika ulimwengu atomia ni nishati quantization wa kasi angular.

Quantum na Laser

Athari za ufunguzi wa nishati wa kipekee na kiasi mengine dhahiri. utafiti wa kina wa dunia ni iwezekanavyo shukrani kwa quantum. Njia za kisasa za kusoma nyenzo, na matumizi ya vifaa mbalimbali na hata sayansi ya kujenga kwao - ugani asili ya akili nini nishati quantization. kanuni ya uendeshaji na matumizi ya laser - hakuna ubaguzi. Kwa ujumla, laser lina vipengele tatu za msingi: maji ya kazi, na pampu reflector kioo. maji ya kazi ni kuchaguliwa ili kuwa kuna mbili kiasi karibu na kiwango kwa elektroni. kigezo muhimu zaidi kwa ngazi hizi ni maisha ya elektroni yao. Hiyo ni kiasi gani elektroni ni uwezo wa kuishi katika hali fulani kabla kwenda katika nafasi za chini na imara. Ya ngazi mbili lazima zaidi ya muda aliishi juu. Kisha kusukuma (mara nyingi - bulb kiwango, wakati mwingine - infrared) anatoa elektroni na nishati ya kutosha wote walikusanyika katika ngazi ya juu ya nishati na kusanyiko huko. Hii inaitwa idadi ya watu viwango inversion. Zaidi ya hayo, baadhi moja elektroni hatua kwa hali ya chini na za kutosha na chafu ya fotoni, na kusababisha usumbufu wa elektroni chini. hulka ya mchakato huu ni kwamba fotoni wote ni hivyo kupatikana na wavelength sawa na kamili. Hata hivyo, maji ya kazi ni kawaida kubwa ya kutosha, na ni yanayotokana mtiririko kuelekezwa katika pande mbalimbali. nafasi ya reflector kioo ni kuchuja wale tu mito ya fotoni, ambayo upande mmoja. Matokeo yake, pato ni nyembamba makali boriti wa mawimbi madhubuti ya wavelength sawa. Mara ya kwanza, hili wazo inawezekana tu katika kigumu. laser kwanza ilikuwa boule kama maji ya kufanya kazi. Sasa, kuna lasers ya kila aina na aina - majimaji, gesi, na hata athari za kemikali. Kama msomaji unaweza kuona, jukumu kuu katika mchakato huu ni kucheza na ngozi na chafu ya mwanga na chembe. quantization ya nishati katika kesi hii ni tu msingi wa kuelezea nadharia.

Mwanga na elektroni

Kumbuka kwamba mpito ya elektroni katika chembe kutoka obiti moja hadi nyingine huambatana na ama chafu au ngozi ya nishati. Nishati hii inaonekana kama photon ya mwanga, au photon. Rasmi, photon ni chembe, lakini kwa wenyeji wa pili wa nanoworld ni tofauti. Photon hana habari, lakini ina kasi. Alithibitisha hilo bado Russian mwanasayansi Lebedev katika 1899, ni wazi kuonyesha shinikizo la mwanga. Photon ipo tu katika harakati na kasi yake ni kasi ya mwanga. Hii ni ya haraka sana iwezekanavyo katika ulimwengu kitu yetu. kasi ya mwanga (kawaida unahitajika kwa wadogo Amerika "c") ni juu ya mia tatu elfu kilomita kwa sekunde. Kwa mfano, ukubwa wa kikundi chetu (si kubwa sana katika viwango nafasi) ni juu ya laki mwanga miaka. Wanakabiliwa na jambo, photon humpa uwezo wake kabisa, kana kwamba kufutwa katika hili. photon nishati, ambayo ni huru au kufyonzwa katika kipindi cha mpito elektroni kutoka obiti mmoja hadi mwingine inategemea umbali kati mizunguko. Kama ni ndogo - anasimama nje rays infrared na nishati ya chini, kama kubwa - pata ultraviolet.

Eksirei na gamma rays

Sumakuumeme mbalimbali baada ultraviolet inajumuisha roentgen na gamma mionzi. Kwa ujumla ni wavelength, marudio na nishati ni walipishana katika aina mbalimbali kwa haki kubwa. Hiyo ni, kuna eksirei photon na wavelength ya 5 picometers na gamma photon ya wavelength sawa. Wao ni tofauti tu kwa njia ya maandalizi. Roentgen hutokea mbele ya elektroni haraka sana, na gamma mionzi hupatikana tu katika mchakato wa kusambaratika na coalescence ya viini. Eksirei imegawanywa katika madogo (kwa msaada wa mapafu translucent binadamu na mifupa) na ngumu (kwa kawaida ni lazima kwa madhumuni ya viwanda au utafiti). Kama kwa nguvu sana kuharakisha elektroni, na kisha ghafla kupunguza kasi yake (kwa mfano, kutuma imara), itakuwa kung'ara X-ray fotoni. Katika migongano ya elektroni hizi na dutu chembe lengwa, elektroni ni kujiondoa kutoka kwa onyesho chini. elektroni maganda ya juu kuchukua nafasi zao, mpito pia kutotoa eksirei.

Gamma rays kutokea katika kesi nyingine. viini ya atomi, hata kama unahusisha chembe nyingi msingi, pia sifa ya kawaida kidogo, na kwa hiyo, wao huwa na nishati quantization. mpito ya viini msisimko hali ya chini, kulia, na akifuatana na chafu ya gamma rays. Kuanguka yoyote ya majibu au fusion nyuklia unafanyika, ikiwa ni pamoja kuibuka fotoni gamma.

majibu ya nyuklia

Kidogo hapo juu, sisi alieleza kuwa viini atomia pia ni chini ya sheria za dunia quantum. Lakini kuna asili-zinazotokea vitu kama vipande kubwa, wao kuwa msimamo. Wao huwa na kuvunja katika vipengele vidogo na imara zaidi. Haya, kama msomaji pengine guessed, ni, kwa mfano, plutonium na uranium. Wakati dunia yetu hutengenezwa kutoka disk protoplanetary, kulikuwa na kiasi fulani cha mionzi. Kwa kuwa bovu baada ya muda, kugeuzwa mambo mengine kemikali. Hata hivyo kuwa na kuishi idadi ya nondecayed uranium, na kiasi yake hayawezi kuamuliwa, kwa mfano, wakati wa dunia. Kwa mambo ya kemikali ambazo zina mionzi ya asili, kuna tabia kama vile wakati nusu ya maisha. Hii ni kipindi cha muda ambao iliyobaki idadi ya atomi ya aina hii itakuwa nusu. Nusu ya maisha ya plutonium, kwa mfano, kuna miaka ishirini na nne elfu. Hata hivyo, pamoja na mionzi ya asili, kuna pia kulazimishwa. Kama bombard nzito alpha-chembe au nutroni mwanga atomiki viini, wao ufa. Katika hali hii kuna aina tatu za ionizing mionzi: chembe alpha, chembe beta, gamma rays. Beta kuoza ya viini inaongoza kwa mabadiliko katika kitengo malipo. Alpha chembe kuchukua kiini positrons mbili. Gamma mionzi haina chaji na shamba umeme si deflected, lakini ina kubwa hupenya nguvu. quantization ya nishati hutokea katika matukio yote, kiini.

Vita na Amani

Lasers, eksirei, utafiti wa yabisi na nyota - maombi yote amani ya elimu juu ya quanta. Hata hivyo, dunia yetu ni kamili ya vitisho, na kila mtu anataka kujilinda. Sayansi mtumishi madhumuni ya kijeshi pia. On hata mlinzi kuweka dunia rena jambo kinadharia kama nishati quantization. Baadhi kipekee yoyote mionzi, kwa mfano, ukawa msingi wa silaha za nyuklia. Bila shaka, maombi yake yatokanayo kupambana vitengo - uwezekano msomaji itakumbuka Hiroshima na Nagasaki. sababu nyingine zote, waandishi wa habari kifungo nyekundu bora kabisa ni zaidi au chini ya amani. Kama ilivyo siku zote suala la madini yenye mionzi ya mazingira. Kwa mfano, nusu ya maisha ya plutonium unahitajika juu inafanya mazingira ambayo kipengele hiki anapata yasiyofaa kwa matumizi kwa muda mrefu sana, karibu kijiolojia Go.

Maji na waya

Turudi kwa matumizi ya amani ya athari za nyuklia. Hii, bila shaka, kuzungumza juu ya uzalishaji wa umeme kwa njia ya mwatuko nyuklia. Utaratibu huu inaonekana kama hii:

msingi wa mtambo huo awali kama manane bure na kisha kugonga kipengele mionzi (kawaida uranium isotopu), ambayo hupitia alpha na beta kuoza.

Kwa majibu hii bado kupita katika hatua ulafi, msingi Reactor inajumuisha kinachojulikana Retarders. Kama kanuni, ni alifanya ya viboko grafiti, ambayo ni vizuri sana kunyonya nyutroni. Kwa kurekebisha urefu wake, inawezekana kufuatilia kiwango cha majibu.

Kwa sababu hiyo, kipengele moja ni kugeuza mwingine, kiasi cha kushangaza ya nishati huru. Nishati hii ni kufyonzwa kwa canister kujazwa na maji kinachojulikana nzito (badala ya molekuli deuterium hidrojeni). Kutokana na kuwasiliana na msingi Reactor kwamba maji sana machafu bidhaa za kuoza mionzi. Hiyo kusindika maji hii ni tatizo kubwa la nguvu za nyuklia kwa sasa.

Katika mzunguko wa kwanza maji nafasi ya pili katika pili - ya tatu. maji ya mzunguko wa tatu tayari salama kutumia, na kwamba zamu turbine, ambayo inazalisha umeme.

Licha ya idadi kubwa ya wasuluhishi kati ya nguvu zinazozalishwa moja kwa moja cores na mwisho user (hebu kusahau kuhusu kadhaa wa kilomita ya waya, ambayo pia nguvu hasara), mwitikio huu hutoa nguvu ya ajabu. Kwa mfano, mtambo wa nyuklia wanaweza kusambaza umeme katika eneo hilo wote kwa aina ya viwanda.