Анизотропия кристаллов.

В отличие от аморфных тел и жидкостей в кристаллах существует, дальний порядок в расположении атомов твердого тела. Атомы в этом случае располагаются в узлах правильной пространственной сетки (кристаллической решетки). Для любого направления в пространстве А, В, С, D, Е, ..., проходящего через центры атомов, расстояние между центрами двух соседних атомов остаются неизменными вдоль всей прямой, но отличаются для различных прямых. В соответствии с этим физические свойства (упругие, механические, тепловые, электрические, магнитные, оптические и др. будут, вообще говоря, разными по различным направлениям. Неодинаковость свойств кристалла в различных направлениях называют анизотропией.

Физически это объясняется следующим образом. Если провести через узлы решетки плоскости в разных направлениях , то видно, что густота расположения атомов на этих плоскостях различна. В кристалле, следовательно, существуют плоскости, различным образом “населенные” атомами. Этим и объясняется анизотропия кристаллов – наиболее характерное их свойство.

Двойно́е лучепреломле́ние — эффект расщепления в анизотропных средах луча света на две составляющие. Впервые обнаружен датским учёным Расмусом Бартолином на кристалле исландского шпата. Если луч света падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то на этой поверхности он расщепляется на два луча. Первый луч продолжает распространяться прямо, и называется обыкновенным (o — ordinary), второй же отклоняется в сторону, и называется необыкновенным (e — extraordinary).

вопрос 78. Первые теории строения атома Планетарная модель Бора.

Первые теории строения атома Планетарная модель Бора.

Планетарная модель атома, созданная Резерфордом, встретила полное недоумение, так как она противоречила казавшимся тогда незыблемыми основам физики. Нужно было как-то объяснить, почему вращающиеся вокруг ядра электроны не излучают энергию и не падают на атомные ядра. Большое значение в развитии представлений о строении атома сыграла модель Н. Бора.

Идею Бора можно выразить такими словами. Атом ни в коей мере не похож на классическую механическую систему, которая может поглощать энергию сколь угодно малыми порциями. Из факта существования узких спектраль­ных линий поглощения и излучения, с одной стороны, и из гипотезы свето­вых квантов Эйнштейна с другой, следует скорее тот вывод, что атом может находиться в только в определенных дискретных стационарных состояниях с энергиями E0, E1, E2… Таким образом, атом может поглощать лишь излучение таких частот ν, что hν равно как раз той порции энергии, которая нужна для перевода атома из одного стационарного состояния в другое, более высокое. Поэтому линии поглощения определяются уравнениями E1 − E0 = hν, E2 − E0 = hν…, где E0 - энергия самого низкого состояния, которое характерно для атома в отсутствие каких-либо возбуждающих влияний. Если по какой-то причине атом возбуждается, т.е. переходит в состояние с энергией En > E0, то он может вернуть эту энергию в виде излучения. Следовательно, он может испустить любые световые кванты, энергия которых в точном равна разности энергий каких-то стационарных состояний. Линия излучения определяется поэтому уравнением En − Em = hνnm. Коль скоро гипотеза Бора соответствует действительности, то возбуждённый атом может возвращаться в основное состояние различными путями, отдавая каждый раз избыток энергии излучаемым квантам.

вопрос 79. Основные и неосновные носители заряда. Механизм рассеяния и подвижность носителей заряда. Температурная зависимость проводимости.

Основные и неосновные носители заряда.

В полупроводниках носителями заряда являются электроны и дырки. Отношение их концентраций определяет тип проводимости полупроводника.

Если значительно преобладают электроны, то такой полупроводник называется полупроводником n-типа. Электроны, в этом случае, называются основными носителями заряда, а дырки — неосновными.

Соответственно, если преобладают дырки, то полупроводник является полупроводником p-типа, дырки — основными носителями, а электроны неосновными.

Механизм рассеяния и подвижность носителей заряда.

Под действием внешнего электрического поля носители заряда приобретают некоторую скорость направленного движения (скорость дрейфа) и создают электрический ток. Подвижность носителей заряда, равная средней скорости носителей заряда в полупроводнике вэлектрическом поле с напряженностью 1В/см, зависит от длины их свободного пробега, а, следовательно, определяется процессами рассеяния движущихся в полупроводникеэлектронов.

Процесс рассеяния представляет собой искривление траектории движения носителя заряда под влиянием сил, действующих на электрон или дырку со стороны рассеивающего центра.

Температурная зависимость проводимости.

Подвижность носителей заряда в полупроводниках зависит от температуры сравнительно слабо и с ее возрастанием уменьшается по закону. Это объясняется тем, что с повышением температуры возрастает число столкновений в единицу времени, вследствие чего уменьшается скорость направленного движения носителей заряда в поле единичной напряженности.

вопрос 80. Уравнение коэффициента теплоотдачи.

Уравнение коэффициента теплоотдачи.

При теплоотдаче (или конвективном теплообмене) тепло передается за счет перемещения частиц теплоносителя. Движение частиц теплоносителя может происходить под действием внешнего перепада давлений (вынужденная конвекция) или за счет разности плотностей частиц с разной температурой (свободная или естественная конвекция). Интенсивность переноса тепла определяется распределением температур, свойствами теплоносителя, размерами, формой и ориентацией поверхности теплоотдачи. Процесс конвективного теплообмена описывается основным уравнением теплоотдачи:

Q=aFtÑt ,

где a – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплоотдачи, Вт/(м²×К).

Коэффициент теплоотдачи численно равен количеству тепла, передаваемому между теплоносителем и стенкой площадью в один квадратный метр за одну секунду при температурном напоре в один градус. Численные значения коэффициента теплоотдачи колеблются в широких пределах от нескольких десятков кВт/(м²×К) до нескольких Вт/(м²×К). Большие значения относятся к воде и жидким металлам при вынужденной конвекции, малые – к газам при свободной конвекции.

вопрос 81. Геометрическая оптика. Основные законы геометрической оптики. Центрированная оптическая система. Кардинальные элементы идеальной оптической системы. Аберрации оптических систем.

Геометричекая оптика — раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах, отражения света от зеркально-отражающих поверхностей и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств.

Основное понятие геометрической оптики это световой луч. При этом подразумевается, что направление потока лучистой энергии (ход светового луча) не зависит от поперечных размеров пучка света.

Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Опытным доказательством этого закона могут служить резкие тени, отбрасываемые непрозрачными телами при освещении светом источника достаточно малых размеров («точечный источник»).

Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения равен углу падения . Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина, постоянная для двух данных сред

Центрированная оптическая система – это оптическая система, которая имеет ось симметрии (оптическую ось) и сохраняет все свои свойства при вращении вокруг этой оси.

Идеальная оптическая система обладает рядом кардинальных элементов - передний и задний фокусы, передние и задние главные и узловые точки, передние и задние фокальные и главные плоскости, переднее и заднее фокусные расстояния.

Аберрация (аберрации оптических систем) — погрешности изображения в оптической системе, вызываемые отклонением луча света от направления его в идеальной оптической системе. Аберрации можно разделить на монохроматические, то есть присущие монохромным пучкам лучей, и хроматические. Монохроматические аберрации изображений присущи любой реальной оптической системе, и практически неустранимы. Их возникновение объясняется неспособностью преломляющих поверхностей собрать в точку (сфокусировать) широкие пучки лучей, падающие на них под большими углами. Такие аберрации приводят к тому, что изображением точки является некоторая размытая фигура (фигура рассеяния), что отрицательно влияет на чёткость изображения и нарушает подобие изображения и объекта съёмки. Хроматические аберрации. Возникновение хроматических аберраций обусловлено дисперсией оптических сред из которых образована оптическая система, т. е. зависимостью показателя преломления оптических материалов, из которых изготовлены элементы оптической системы, от длины проходящей световой волны. Могут проявляться в постороннем окрашивании изображения, и в появлении у изображения предмета цветных контуров, которые у предмета отсутствовали. К этим аберрациям относятся хроматическая аберрация (хроматизм) положения, иногда называемая "продольным хроматизмом", и хроматическая аберрация (хроматизм) увеличения. Дифракционная аберрация возникает вследствие дифракции света на диафрагме и оправе фотообъектива. Дифракционная аберрация ограничивает разрешающую способность фотообъектива. Из-за этой аберрации минимальное угловое расстояние между точками, разрешаемое объективом, ограничено величиной D радиан, где — длина волны используемого света (к световому диапазону обычно относят электромагнитные волны с длиной от 400 нм до 700 нм), D — диаметр объектива.

вопрос 82. Строение атома, опыты Резерфорда.

1. В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома.

2. Весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в его ядре.

3. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов ( нуклонов) . Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов и нейтронов соответствует его массовому числу.

4. Вокруг ядра по замкнутым орбитам вращаются электроны. Их число равно положительному заряду ядра.