تحقیق در مورد دلایل ظهور مکانیک کوانتومی

اختصاصی از فایلکو تحقیق در مورد دلایل ظهور مکانیک کوانتومی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 13

دلایل ظهور مکانیک کوانتومی

بررسی ساختار اتمی به این نتیجه منجر می‌شود که رفتار الکترونها در اتم را نظیر رفتار فوتونها ، نمی‌توان با قوانین فیزیک کلاسیک یعنی قوانینی که در آزمایش با اجسام ماکروسکوپی ثابت می‌شوند، توضیح داد. وجود ترازهای انرژی گسسته در لایه‌های الکترونی اتم و قواعد حاکم بر انتقال بین ترازها و پر شدن این حالتهای انرژی را نیز نمی‌توان با بکارگیری مفاهیم قراردادی مکانیک و قوانین الکترومغناطیس توجیه کرد.

نظریه دوبروی در مکانیک کوانتومی

قدم مهم در روشن شدن تناقضات بین مکانیک کلاسیک و مکانیک کوانتومی توسط دوبروی فیزیکدان فرانسوی برداشته شد. ایشان کسی بود که این تفکر را که نه تنها فوتونها بلکه تمام ذرات دارای خواص موجی هستند، پیشنهاد و اثبات کرد. این خواص با قوانین کلاسیکی قابل بیان نیستند، ولی نقش مهمی در پدیده‌های اتمی بازی می‌کنند. معلوم شده است که کوانتوم تابش الکترومغناطیسی ، یعنی فوتونها ، با اندازه حرکت P = E/C مشخص می شوند. در ضمن موج نوری با فرکانس ν دارای طول موج λ = ν/C است.با حذف فرکانس از این رابطه‌ها ،رابطه بین طول موج و اندازه حرکت فوتون به دست می آید. λ = h/P در صورتی که خواص فوتونها و سایر ذرات همان گونه که با فرضیه دوگانگی موج و ذره پیش بینی شد، واقعا نظیر هم باشند.

این رابطه باید برای هر ذره کاربرد داشته باشد. به این طریق ، فرمول طول موج دوبروی بدست آمد. طول موج دوبروی به ذره ای با اندازه حرکت P برای بیان خواص موجی آن نسبت داده می‌شود. اگر سرعت ذره ای با جرم سکون m در مقایسه با سرعت نور کم باشد، فرمول طول موج دوبروی را می‌توان به صورت زیر نوشت:

λ = h/mv

مبنای تجربی دیدگاه موجی ذرات

اعتبار نظریه دوبروی با آزمایش پراکندگی الکترونی در بلورها تایید شد. قبلا ، شبیه این آزمایش ، آزمایش پراکندگی اشعه ایکس در بلورها برای اثبات ماهیت موجی اشعه ایکس استفاده شده بود. بر اثر تداخل فیزیک امواج ثانویه گسیلی از اتمهای بلور که آرایش منظم دارند، پراکندگی به جای تمام جهات فقط با زاویه معین نسبت به باریکه تابشی روی می‌دهد. علاوه بر نقطه مرکزی حاصل از باریکه مستقیم ، حلقه‌هایی نیز از تابش پراکنده شده (پراش یافته) روی فیلم عکاسی واقع در پشت بلور ، پراکنده می‌شود. معلوم شده است که اگر بلور به جای اشعه ایکس با الکترونها بمباران شود، الکترونهای پراکنده شده نیز روی فیلم عکاسی دسته حلقه‌هایی همانند حلقه‌های ایجاد شده توسط اشعه ایکس تشکیل می‌دهند. به این ترتیب می‌توانیم بپذیریم که الکترونها تداخل می‌کنند، یعنی دارای خواص موجی هستند. بعدها پدیده‌های پراش برای سایر ذرات ، یعنی اتمها ، مولکولها و نوترونها نیز مشاهده شد.

این آزمایشها بطور انکار ناپذیری ثابت کردند که در بعضی از پدیده‌ها ، ریز ذرات همانند امواج رفتار می‌کنند. همچنین این آزمایشها به دانشمندان امکان تعیین طول موجی را دادند که برای بیان پراش ذره باید به آن نسبت داده شود. نتایج تجربی حاصل برای طول موج با مقدار حاصل از فرمول دوبروی توافق کامل داشتند. بنابرین ، معلوم گردید که طول موج با عکس حاصلضرب جرم ذره در سرعت آن mv متناسب بوده و ضریب تناسب همان ثابت پلانک است. ثابت پلانک بسیار کوچک h = 6.6 x 10-34 j.s است.

طول موج دوبروی وابسته به موج مادی

چون ثابت پلانک بسیار کوچک است، به همین علت طول موج دو بروی برای ذره ای با جرم محسوس ، خیلی کوچک و در حد قابل اغماض است. مطابق فرمول دوبروی ، یک ذره خاک با جرم حدود میکروگرم ( 9-10 کیلوگرم ) که با سرعت 1Cm/s در حرکت است دارای طول موج

λ = 6.6x10-34/(10-11)6.6x10-23 m است. این مقدار حتی در مقایسه با ابعاد اتمی نیز تا حد قابل اغماض کوچک است. برای اتمها و الکترونها با جرمی بسیار کوچکتر از میکروگرم وضعیت متفاوتی پیش می‌آید. در سرعتهای معمولی ، طول موج وابسته به آنها در حدود طول موج پرتوهای ایکس است. برای مثال در مورد اتم هلیوم با انرژی 0.04 ev (انرژی حرکت گرمایی در اتاق) ، λ = 0.7x10-10 m و برای الکترون با انرژی 13.5 ev طول موج دوبروی برابر λ = 3.3x10-10 m است.

با توجه به قوانین و مفاهیم نور شناسی نتیجه می‌گیریم، ماهیت موجی نور وقتی به وضوح آشکار می‌شود که طول موجها با ابعاد اجسامی که نور با آنها اندرکنش می‌کند قابل مقایسه باشد. برای مثال وقتی نور از روزنه‌ای می‌گذرد که ابعاد آن چند برابر طول موج است، یا وقتی از توری پراشی بازتابیده می‌شود که ثابت توری آن کوچک است، از خواص موجی نور می توان صرف نظر کرد، زیرا عملا غیر قابل ملاحظه‌اند. همینطور خواص موجی ذرات فقط وقتی مهمند که طول موج دوبروی در مقایسه با ابعاد اجسامی که اندرکنش با آنها صورت می‌گیرد، کوچک نباشد. هنگام اندرکنش اتمها با الکترونها یا با ریز ذرات دیگری که برای آنها طول موج دوبروی در حدود ابعاد اتمی است، خواص موجی ذرات نقش مهم و گاهی تعیین کننده دارند. هرگاه فرآیندها وابسته به رفتار الکترونها در اتمها یا مولکولها باشد، این نقش مهمتر است.

زمینه ظهور مکانیک کوانتومی

وقتی که ذرات با ابعاد ماکروسکوپی اندرکنش می‌کنند، ذراتی که برای آنها طول موج دوبروی تقریبا 9-10 برابر ابعاد آنهاست، خواص موجی نباید در نظر گرفته شود. به همین علت مکانیک کلاسیک که قوانین آن از بررسیهای اجسام بزرگ بدست می‌آید و خواص موجی اجسام هرگز به حساب نمی‌آید، نمی‌تواند پدیده‌های مربوط به این ذرات را بررسی