I. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ.
Министерство образования Российской Федерации
Владимирский государственный университет
Кафедра физики и прикладной математики
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ФИЗИКЕ
Физика твёрдого тела
Составители:
Григорьева Е.В.
Прокошева Н.С.
Прокошев В.Г.
Шишин С.И.
Владимир 2002
Методические указания к лабораторным работам по физике. Физика твердого тела / Владимирский государственный университет: Сост.: Е.В. Григорьева, Н.С. Прокошева, В.Г. Прокошев, С.И. Шишин. Владимир. 2002. 44с.
Указания содержат описание 5 лабораторных работ. В каждой работе сформулирована цель, дано краткое описание экспериментальной установки, изложены основные теоретические положения, задания, контрольные вопросы и рекомендуемая литература.
Издание предназначено для студентов всех специальностей и видов обучения, изучающих раздел «Физика твердого тела» в курсе общей физики.
Ил. 22. Библиогр.: 3 назв.
Рецензент – доктор физ.-мат. наук, профессор Потехин К.А., Владимирский государственный педагогический университет.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ФИЗИКЕ
Физика твердого тела.
Под редакцией доцента Прокошева В.Г.
Составители:
Григорьева Елена Всеволодовна
Прокошева Надежда Сергеевна
Прокошев Валерий Григорьевич
Шишин Сергей Иванович
При подготовке к лабораторной работе в тетрадь необходимо внести:
- название работы и ее номер;
- цель работы;
- приборы и оборудование;
- теоретическую часть (кратко);
- таблицы, расчетные формулы и формулы расчета погрешностей.
При работе следует быть внимательным и выполнять правила техники безопасности. Инструкция по технике безопасности находится в лаборатории.
В процессе измерений результаты заносятся в тетрадь в виде таблиц, разрабатываемых самими студентами. В тех случаях, когда это рекомендуется, необходимо проводить графические построения.
Работа заканчивается составлением краткого заключения, в котором следует указать:
– что и каким методом исследовалось или определялось;
– полученные результаты и их погрешности (абсолютные и относительные);
– краткий анализ результатов и погрешностей.
ЭЛЕМЕНТЫ ЗОННОЙ ТЕОРИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.
I. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ.
Отличительной особенностью микросистем (атомов, молекул, ионов) является то, что среди бесконечного множества состояний, в которых они могут находиться, наблюдаются такие состояния, между которыми невозможны непрерывные переходы. Переходы осуществляются не через множество промежуточных состояний, а "скачкообразно". При таких переходах характеристики состояний (энергия, импульс, механический и магнитный моменты и др.) изменяются скачкообразно, т.е. имеют ряд дискретных значений − квантуются. Целые или полуцелые числа, определяющие значения квантующихся величин, называются квантовыми числами.
Для характеристики состояния микрочастицы в атоме введены четыре квантовых числа: три (n,l,m - главное, орбитальное и магнитное) соответствуют степеням свободы микрочастицы при ее перемещении в пространстве, четвертое квантовое число (s) не связано с пространственными перемещениями частицы и описывает собственный механический и магнитный моменты, которыми может обладать частица.
Например, полная энергия электрона в атоме водорода, получаемая как результат решения уравнения Шредингера для атома водорода, равна
, (1)
где С - постоянная величина, n - главное квантовое число, которое может принимать значения 1,2,3...и т.д.
Квантовое число l- характеризует орбитальные механические и магнитные моменты электрона, m - их проекции на фиксированную ось.
Электрон в изолированном атоме может иметь только дискретные значения энергии, называемые энергетическими уровнями (эти значения зависят от строения атома), промежуточные значения энергии запрещены.
Изолированный атом характеризуется серией энергетических уровней. У каждого элемента имеется характерная для него совокупность уровней − энергетический спектр (рис.1). Заполнение уровней электронами определяется принципом минимума энергии и принципом Паули. При Т= 0 К "заполняются" уровни с наименьшей энергией (принцип минимума энергии). На одном уровне не может находиться более двух электронов с одинаковыми квантовыми числами n,l,m (принцип Паули).
Совокупность уровней атома с распределенными по ним электронами называют электронным состоянием или электронной конфигурацией.Состояния с одинаковыми энергиями называют вырожденными, а Рис.1. число состояний с одинаковыми энергиями называют кратностью вырождения.