вопросы и задачи

№ 1. Абсолютный и относительный показатели преломления. Полное внутреннее отражение.
№ 2. Тепловое излучение и его характеристики.
№ 3. Зонная теория твёрдых тел.
4. Монохроматический свет падает нормально на боковую поверхность призмы, преломляющий угол которой равен 40. Показатель преломления материала призмы для этого луча 1,5. Найти отклонение луча по выходе из призмы от первоначального направления.
5. На дифракционную решетку падает нормально белый свет. Спектр проецируется на экран помещенной вблизи решетки линзой. Определить длину спектра первого порядка на экране, если постоянная решетки d = 1/500 мм, расстояние от линзы до экрана 4 м. Границы видимого спектра от м до м.
6. Температура верхних слоев звезды Сириус равна К. Определить поток энергии, излучаемой с поверхности 1 ...

№ 1. Абсолютный и относительный показатели преломления. Полное внутреннее отражение.
№ 2. Тепловое излучение и его характеристики.
№ 3. Зонная теория твёрдых тел.
4. Монохроматический свет падает нормально на боковую поверхность призмы, преломляющий угол которой равен 40. Показатель преломления материала призмы для этого луча 1,5. Найти отклонение луча по выходе из призмы от первоначального направления.
5. На дифракционную решетку падает нормально белый свет. Спектр проецируется на экран помещенной вблизи решетки линзой. Определить длину спектра первого порядка на экране, если постоянная решетки d = 1/500 мм, расстояние от линзы до экрана 4 м. Границы видимого спектра от м до м.
6. Температура верхних слоев звезды Сириус равна К. Определить поток энергии, излучаемой с поверхности 1этой звезды.
7. Какую ускоряющую разность потенциалов должен пройти электрон, чтобы дебройлевская длина волны была равна: 1) м, 2) м?
8. Смотровое окно плавильной печи имеет площадь 6 см2. Какое количество лучистой энергии уйдет из печи через это окно за 1 мин, если температура печи 1000 К?
9. Определить период полураспада радиоактивного изотопа, если 5/7 начального количества ядер этого изотопа распалось за время t = 750 с.
10. Найти дефект массы, энергию связи и удельную энергию связи ядра атома гелия Не

№ 1. Абсолютный и относительный показатели преломления. Полное внутреннее отражение.
№ 2. Тепловое излучение и его характеристики.
№ 3. Зонная теория твёрдых тел.
4. Монохроматический свет падает нормально на боковую поверхность призмы, преломляющий угол которой равен 40. Показатель преломления материала призмы для этого луча 1,5. Найти отклонение луча по выходе из призмы от первоначального направления.
5. На дифракционную решетку падает нормально белый свет. Спектр проецируется на экран помещенной вблизи решетки линзой. Определить длину спектра первого порядка на экране, если постоянная решетки d = 1/500 мм, расстояние от линзы до экрана 4 м. Границы видимого спектра от м до м.
6. Температура верхних слоев звезды Сириус равна К. Определить поток энергии, излучаемой с поверхности 1 этой звезды.
7. Какую ускоряющую разность потенциалов должен пройти электрон, чтобы дебройлевская длина волны была равна: 1) м, 2) м?
8. Смотровое окно плавильной печи имеет площадь 6 см2. Какое количество лучистой энергии уйдет из печи через это окно за 1 мин, если температура печи 1000 К?
9. Определить период полураспада радиоактивного изотопа, если 5/7 начального количества ядер этого изотопа распалось за время t = 750 с.
10. Найти дефект массы, энергию связи и удельную энергию связи ядра атома гелия Не

Допустим, что равновесие между телом и излучением по какой-либо причине нарушено и тело излучает энергии больше, чем поглощает. Если в единицу времени тело больше излучает, чем поглощает (или наоборот), то температура тела начнет понижаться (или повышаться). В результате будет ослабляться (или возрастать) количество излучаемой телом энергии, пока, наконец, не установится равновесие. Все другие виды излучения неравновесны.Основные свойства теплового излучения таковы:- излучение происходит по всему спектру частот от нуля до бесконечности;- интенсивность теплового излучения неравномерна по частотам и имеет явно выраженный максимум при определенной частоте;- с ростом температуры общая интенсивность теплового излучения возрастает;- с ростом температуры максимум излучения смещается в сторону больших частот (меньших длин волн);Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна площади поверхности и четвёртой степени его температуры: согласно закону Стефана-Больцмана Р=σТ4S.Нагретое тело за счет теплового излучения отдает внутреннюю энергию и охлаждается до температуры окружающих тел. В свою очередь, поглощая излучение, могут нагреваться холодные тела. Такие процессы, которые могут происходить и в вакууме, называют радиационным теплообменом. Следует подчеркнуть, что равновесное тепловое излучение не зависит от природы или агрегатного состояния тел, а зависит только от его температуры.№ 3. Зонная теория твёрдых тел.Зонная теория твёрдого тела — это квантовомеханическая теория движения электронов в твёрдом теле.В соответствии с квантовой механикой свободные электроны могут иметь любую энергию — их энергетический спектр непрерывен. Электроны, принадлежащие изолированным атомам, имеют определённые дискретные значения энергии. В твёрдом теле энергетический спектр электронов существенно иной, он состоит из отдельных разрешённых энергетических зон, разделённых зонами запрещённых энергий.Зонная теория является основой современных представлений о механизмах различных физических явлений, происходящих в твердом кристаллическом веществе при воздействии на него электромагнитного поля. Это теория электронов, движущихся в периодическом потенциальном поле кристаллической решетки.В результате сближения атомов на энергетической шкале вместо отдельных уровней появляются энергетические зоны, т. е. области таких значений энергии, которыми может обладать электрон, находясь в пределах твердого тела. Ширина зоны должна зависеть от степени связи электрона с ядром. Чем больше эта связь, тем меньше расщепление уровня, тем уже зона. Величина запрещенной зоны (энергетическая щель между зонами валентности и проводимости) является ключевой величиной в зонной теории и определяет оптические и электрические свойства материала. Например, в полупроводниках проводимость можно увеличить, создав разрешенный энергетический уровень в запрещенной зоне путем легирования — добавления в состав исходного основного материала примесей для изменения его физических и химических свойств. В этом случае говорят, что полупроводник примесный. Именно таким образом создаются все полупроводниковые приборы: солнечные элементы, диоды, транзисторы, твердотельные лазеры и др. Переход электрона из валентной зоны в зону проводимости называют процессом генерации носителей заряда (отрицательного — электрона, и положительного — дырки), а обратный переход — процессом рекомбинации. В изолированном атоме имеются запрещенные значения энергий, которыми не может обладать электрон, в твердом теле могут быть запрещенные зоны. Энергетический спектр электронов в кристалле имеет зонную структуру. Разрешенные энергетические зоны разделены запрещенными интервалами энергии. Ширина разрешенных энергетических зон не зависит от размера кристалла, а определяется лишь природой атомов, образующих твердое тело, и симметрией кристаллической решетки.Зонная теория является основой современной теории твердых тел. Она позволила понять природу и объяснить важнейшие свойства металлов, полупроводников и диэлектриков. В основе зонной теории лежат следующие главные приближения:1. Твердое тело представляет собой идеально периодический кристалл.2. Равновесные положения узлов кристаллической решетки фиксированы, т.е. ядра атомов считаются неподвижными (адиабатическое приближение). Малые колебания атомов вокруг равновесных положений, которые могут быть описаны как фононы, вводятся впоследствии как возмущение электронного энергетического спектра.3. Многоэлектронная задача сводится к одноэлектронной: воздействие на данный электрон всех остальных описывается некоторым усредненным периодическим полем.В различных веществах, а также в различных формах одного и того же вещества, энергетические зоны располагаются по-разному. По взаимному расположению этих зон вещества делят на три большие группы:- проводники — зона проводимости и валентная зона перекрываются, образуя одну зону, называемую зоной проводимости, таким образом, электрон может свободно перемещаться между ними, получив любую допустимо малую энергию. Таким образом, при приложении к твердому телу разности потенциалов, электроны смогут свободно двигаться из точки с меньшим потенциалом в точку с большим, образуя электрический ток. К проводникам относят все металлы.- полупроводники — зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет менее 3.5 эВ. Для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется энергия, хотя и меньшая, чем для диэлектрика, поэтому чистые (собственные, нелегированные) полупроводники слабо пропускают ток.- диэлектрики — зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет более 3.5 эВ. Таким образом, для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется значительная энергия, поэтому диэлектрики ток практически не проводят.Зонная теория является основой современной теории твёрдых тел. Она позволила понять природу и объяснить важнейшие свойства проводников, полупроводников и диэлектриков.