Σημαντικά θέματα που καλύπτουν τη διπλή φύση της ύλης

Το κεφάλαιο για τις «Διπλές ιδιότητες της ύλης» στη φυσική βασίζεται στη γνώση των διαφόρων ιδιοτήτων της ύλης. Τα σημαντικά θέματα που καλύπτουν τη διπλή φύση της ύλης περιλαμβάνουν διάφορες υποθέσεις ή δοκιμές. Αυτά έχουν αναπτυχθεί για να δείξουν ότι η φύση της ύλης μπορεί να είναι είτε σωματίδια είτε κύματα.

Στο παρελθόν, τα διάφορα χαρακτηριστικά του φωτός και της ύλης έχουν περιγραφεί στην πορεία των ιδιοτήτων των σωματιδίων τους.

Τα πρωτόγονα βήματα υποστήριξαν ότι ήταν η θεωρία των σωματιδίων. Μετά από αυτό, μέσα από διάφορα πειράματα, έγινε σαφές ότι η ύλη έχει κυματικές ιδιότητες. Επομένως, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η ύλη έχει διπλές ιδιότητες, έχοντας τα χαρακτηριστικά τόσο των σωματιδίων όσο και των κυμάτων.

Οι ηλεκτρομαγνητικές εξισώσεις και τα πειράματα του Maxwell σχετικά με την προέλευση και την παρατήρηση των κυμάτων ηλεκτρομαγνητισμού του Hertz το έτος 1887 παρέχουν ισχυρές αποδείξεις και αυτές οι θεωρίες υποστηρίζουν την κυματιστή φύση του φωτός. Επομένως, η έννοια της δυαδικότητας των κυματικών σωματιδίων της ύλης είναι σημαντική στον μηχανισμό της κβαντικής θεωρίας. Εξηγεί ότι οποιοδήποτε σωματίδιο ή κβαντική εγκατάσταση μπορεί να αναπαρασταθεί με όρους σωματιδίων ή κυμάτων.

Επιπλέον, αυτή η ιδέα βοηθά στη διόρθωση της αδυναμίας των κλασικών μηχανικών προσεγγίσεων ή υποθέσεων, που εξηγούν πλήρως τη συμπεριφορά της ύλης.

Σημαντικές έννοιες για τη διπλή φύση της ύλης 

Για να κατανοήσετε την έννοια των σημαντικών θεμάτων που αφορούν τη διπλή φύση της ύλης, θα πρέπει να κατανοήσετε τα ακόλουθα.

Εκπομπή ηλεκτρονίων

Η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την απελευθέρωση ηλεκτρονίων από μια μεταλλική επιφάνεια είναι ελάχιστη και οι μέθοδοι παροχής αυτών των ελεύθερων ηλεκτρονίων είναι:

Θερμιονική εκπομπή

Η απαραίτητη ποσότητα θερμικής ενέργειας παρέχεται από τη σωστή θέρμανση του μεταλλικού σώματος, το οποίο απελευθερώνει τα ελεύθερα ηλεκτρόνια.

Εκπομπή πεδίου

Απελευθέρωση ηλεκτρονίων από την επιφάνεια του μετάλλου υπό μεγάλη κρούση ηλεκτρικού πεδίου.

Φωτοηλεκτρική εκπομπή

Τα ηλεκτρόνια εκπέμπονται όταν μια κατάλληλη συχνότητα φωτός φωτίζεται στην επιφάνεια του μετάλλου. Τα εκπεμπόμενα φωτοηλεκτρόνια είναι γνωστά ως φωτοηλεκτρόνια.

Φωτοηλεκτρικό εφέ

Το φαινόμενο με το οποίο απελευθερώνονται ηλεκτρόνια από την επιφάνεια του υλικού είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Τα μέταλλα αποτελούνται από αρνητικά και θετικά ιόντα. Όταν η επιφάνεια ενός μετάλλου χτυπηθεί από φως, μερικά ηλεκτρόνια απορροφούν αρκετή ενέργεια. Αυτό τους βοηθά να ξεπεράσουν την επίδραση της θετικής έλξης ιόντων. Επιπλέον, όταν τα ηλεκτρόνια λαμβάνουν αρκετή ενέργεια που χρειάζονται, διαφεύγουν από τη μεταλλική επιφάνεια στον περιβάλλοντα χώρο. Έτσι συμβαίνει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.

Υπόθεση De Broglie

Έχοντας κατά νου τη θεωρία (κβάντο) της ύλης, η σχέση μεταξύ μήκους κύματος και ορμής διατυπώθηκε από τον De Broglie. Σύμφωνα με τη μαθηματική έκφραση,

το μήκος κύματος ƛ =h / P. Εδώ,

P =η ορμή του υπό διερεύνηση σωματιδίου και 

h =σταθερά Planck.

Μηχανική Μπόμ

Γνωστή και ως θεωρία De Broglie, λαμβάνει υπόψη τη φύση των κυμάτων στην ύλη, έτσι υπερισχύει και η δυαδικότητα του κύματος των σωματιδίων εξαφανίζεται κάπου. Η θεωρία DeBroglie-Bohm περιγράφει τη συμπεριφορά των κυμάτων ως κυματοειδές φαινόμενο De Broglie και η αναπαράσταση των σωματιδίων επηρεάζεται από επίχρυσες εξισώσεις ή κβαντικά δυναμικά.

Παραγωγή της εξίσωσης του De Broglie

hf=mc2

Το γνωρίζουμε

συχνότητα f=c/ ƛ

Αυτό σημαίνει ότι

hc/ ƛ=mc2 ή ƛ =h/mc

Αν c=v; τότε ƛ=h/mv

Το γνωρίζουμε

την ορμή ενός σωματιδίου, 

P=mv.

Επομένως, ƛ =h/P.

Η Αρχή της Αβεβαιότητας του Heisenberg

Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg  δηλώνει ότι ο προσδιορισμός της ορμής και της θέσης ενός σωματιδίου δεν είναι δυνατός ταυτόχρονα.

Αποδεικνύεται μαθηματικά ως  ∆ x ∆P ≥ (h / 4π).

Εδώ, το ∆x υποδηλώνει την αβεβαιότητα θέσης και 

Το ∆P υποδηλώνει αβεβαιότητα ορμής.

Η κβαντική θεωρία του Planck 

Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία του Planck, 

• Η εφαρμογή θερμότητας σε ένα μαύρο σώμα εκπέμπει θερμική ακτινοβολία διαφόρων μηκών κύματος και συχνοτήτων.
•  Μερικά σημαντικά σημεία που πρέπει να σημειωθούν σε αυτήν τη θεωρία είναι: 
• Η ύλη ακτινοβολεί ή απορροφά ενέργεια ασυνεχώς και παράγεται με τη μορφή μιας μικρής συσκευασίας.
• Αυτή η διαδικασία γίνεται σε ακέραια μορφή σε πολλαπλάσια κβάντα όπως hf, 2hf, 3hf, 4hf, …..nhf.

Όπου n =θετικός αριθμός.

•  Το Quanta είναι το πιο μικροσκοπικό πακέτο ισχύος και στην περίπτωση «ελαφρού», είναι ένα φωτόνιο. Η συχνότητα της ακτινοβολίας είναι ανάλογη με την κβαντική ενέργεια.

Ηλεκτρόνιο κάτω από ηλεκτρικό πεδίο

Ας εξετάσουμε τη μάζα ενός ηλεκτρονίου- m

Χρέωση- q και 

δυνητικό V. 

Η εργασία που γίνεται στο ηλεκτρικό πεδίο είναι ανάλογη της παραγόμενης κινητικής ενέργειας.

Εξίσωση ηλεκτρονίου κάτω από ηλεκτρικό πεδίο

Η κινητική ενέργεια =εργασία που γίνεται σε αυτήν από το ηλεκτρικό πεδίο, δηλαδή qV

K =qV 

K =½mv2 

K =P2 / 2m

P=√2mK 

=2mqV

Το μήκος κύματος de Broglie ενός ηλεκτρονίου δίνεται από την ακόλουθη εξίσωση.

ƛ =h / P

=h / √2mK

=h / √2mqV 

Αντικαταστήστε τους αριθμούς h, m, e. υπάρχει ƛ =1,227 / nm.

Εδώ, V είναι το μέγεθος του δυναμικού επιτάχυνσης (σε βολτ).

Συμπέρασμα 

Έχουμε θίξει τα σημαντικά θέματα που καλύπτουν τη διπλή φύση της ύλης εδώ. Η σημασία τους γίνεται αισθητή ακόμα και στην καθημερινότητά μας. Έχουν υπάρξει αρκετές θεωρίες που αποδεικνύουν τη φύση των κυμάτων. Η κινητική μάζα του φωτονίου, η φωτοηλεκτρική εξίσωση και η εξίσωση De Broglie έχουν βοηθήσει στην επίλυση της κυματικής θεωρίας του φωτός και είναι ένα σημαντικό κεφάλαιο στην κβαντική μηχανική.

Για την προετοιμασία των εξετάσεων, βεβαιωθείτε ότι θίγετε σημαντικά θέματα που καλύπτουν τη διπλή φύση της ύλης και τις ερωτήσεις του προηγούμενου έτους.