Билет6
Теория и этапы эволюции Вселенной.
Теория Большого взрыва Рассмотрим модель горячей Первовселенной, предложенную американским физиком Г.Гамовым в 1948г. и оформившуюся в дальнейшем в теорию Большого взрыва. Следует отметить, что впервые эта теория получила экспериментальное подтверждение в начале 1965г., когда амер. астрофизиками А. Пензиасом и Р. Вильсоном было открыто так называемое реликтовое (остаточное) излучение, пронизывающее все пространство Вселенной и отвечающее средней температуре T≈ 3 К.
Затем произошел, как сейчас говорят Большой взрыв, и Вселенная начала расширяться. По современным оценкам от Большого взрыва до наших дней прошло порядка 20 млрд. лет. В настоящее время эволюцию Вселенной от момента Большого взрыва до наших дней принято подразделять на 4 этапа
1.
Андронная эра – этап образования тяжелых частиц – барионов и мезонов; существуют протон и антипротон, нейтрон и фотон, но отсутствует полная зарядовая симметрия. Наличие избытка нуклонов определяет реликтовое излучение, которое регистрируется и сегодня.
2. Лептонная эра – началу этого этапа свойственно равномерное распределение энергии между фотонами, электронами и позитронами, мезонами, нейтрино и антинейтрино. Нейтрино, образовавшиеся в процессе распада протонов, обособлены от других частиц и несут информацию об этом периоде до наших дней. По мере уменьшения температуры в ходе термоядерных реакций образуются изотопы водорода и гелия.
3. Эра фотонной плазмы – на этом этапе шло интенсивное рассеяние фотонов на электронах, обеспечивающее зарядовую нейтральность вещества Вселенной
4. Послерекомбинационная эра – этап накопления и структуризации космического вещества, продолжается до настоящего времени. С некоторого момента времени этого периода при средней плотности материи p ≈ 10−20 кг/м3 начали формироваться галактики и звезды.
Инфляционная теория
Сейчас существует и развивается предложенная амер. А. Гутов (1980г.) инфляционная космологическая теория, согласно которой наблюдается «раздувание» Вселенной из первоначального состояния квантового вакуума, обладающего огромной энергией. Особые частицы вакуума создают сверхнатяжение, приводящее к отрицательному давлению, последнее инвертирует гравитационные силы в силы отталкивания. Под действием огромных сил отталкивания квантовый вакуум молниеносно расширяется в размерах; при этом саи вакуум охлаждается, а заключенная в нем энергия выделяется в виде излучения. В таких условиях привычные элементарные частицы (кварки, лептоны и т.д.) не существуют. Такому вакууму с отрицательным давлением своейственны квантовые флуктуации, и именно они генерируют первосостояния будущих галактик. С позиций сторонников инфляционной теории Большой взрыв есть не что иное, как мгновенное расширение высокоэнергетического первовакуума.
Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза де Бройля. Опыта Дэвиссона и Джермера.
Максимальная скорость фотоэлектронов при освещении цезиевого электрода монохроматическим светом оказалась равной υмакс = 5,5∙107 м/с. Работа выхода электрона из цезия составляет A = 1,89 ЭВ.Вычислить длину волны света, применявшегося для освещеия этого электрода.
Билет 8
1.Эксперименты по дифракции микрочастиц. Принцип неопределенностей Гейзенберга. Дифракция частиц может быть понята лишь на основе квантовой теории.
Дифракция – явление волновое, оно наблюдается при распространении волн различной природы: дифракция света, звуковых волн, волн на поверхности жидкости и т.д. Дифракция при рассеянии частиц, с точки зрения классической физики, невозможна.Принцип неопределенностей Квантовая механика устранила абсолютную грань между волной и частицей. Основным положением квантовой механики, описывающей поведение микрообъектов, является корпускулярно-волновой дуализм, т.е. двойственная природа микрочастиц. Так, поведение электронов в одних явлениях, например при наблюдении их движения в камере Вильсона или при измерении электрического заряда в фотоэффекте, может быть описано на основе представлений о частицах. В других же, особенно в явлениях дифракции, – только на основе представления о волнах. Идея «волн материи», высказанная французским физиком Л. де Бройлем, получила блестящее подтверждение в опытах по дифракции частиц.
2.
Достижения современного естествознания. Квантовые объекты и приборы нанотехнологий. Современный этап естествознания (XX в. – настоящее время) связывают с такими достижениями как: ƒ разработка общей теории относительности (теория гравитации) (А. Эйнштейн, 1916 г.); ƒ появление модели расширяющейся Вселенной (А. Фридман, 1922 г.); ƒ разработка основ квантовой механики (В. Гейзенберг, Э. Шрёдингер, П. Дирак, 1925−1928 гг.); ƒ открытие нейтрона (Д. Чедвик, 1932 г.); ƒ создание кибернетики (Н. Винер, 1948 г); ƒ построение модели молекулы ДНК (Д. Уотсон, Ф. Крик, 1953 г.); ƒ открытие структуры генетического кода (М. Ниренберг, Х. Корана и др., 1961 г.), появление генной инженерии; ƒ разработка и первые успехи нанотехнологий (2004 г.). В сферу нанотехнологии попадают объекты, размеры которых хотя бы в одном из направлений сравнимы с дебройлевской длиной волны электрона в кристалле (1…100 нм). На самом деле, диапазон размеров этих объектов еще шире: от 0,1 нм, т е. от размера атома, до более 1 мкм в одном или двух измерениях. Эти объекты, имеющие кристаллическую структуру, получили название нанокристаллов. К ним, в частности, относятся так называемые квантовые ямы, квантовые нити и квантовые точки. Приведенные названия подчеркивают основную особенность таких структур – квантование энергии находящихся в них электронов связано с пространственным ограничением их движения в одном, двух или трех направлениях. Соотношение характерных размеров квантовых точек с размерами других нано- и микрообъектов показано на рисунке. Квантовые точки могут иметь форму пирамид, сфер, сплющенных капель и т.д., которая зависит от технологических условий их получения. Фуллерены – сложные молекулы сферической формы, образованные плоскими пятиугольниками из атомов углерода. Фуллерены обладают важными физическими и химическими свойствами, их открытие было удостоено Нобелевской премии по химии 1996 г. Нанотрубка представляет собой цилиндрическую поверхность, образованную правильными шестиуголь-никами из атомов углерода. Протяженность этих трубок, при диаметре от долей нанометра до нескольких нанометров, может достигать нескольких сантиметров. В зависимости от условий получения они могут иметь открытые или закрытые концы (торцы). Кроме того, в зависимости от размера и структуры, нанотрубка может обладать либо проводящими, либо полупроводниковыми свойствами. С точки зрения используемой выше терминологии нанотрубка может рассматриваться как квантовая нить, или квантовая проволока. Приборы нанотехнологий С появлением наноструктур и необходимостью изучения их свойств появилась потребность в разработки и создании новых методов и средств, позволяющих проводить соответствующие исследования. Среди этих методов в первую очередь следует выделить зондовые методы, которые дают возможность с очень высоким разрешением изучать поверхность твердых тел, а также нанообъекты (квантовые точки, нити, отдельные атомы и т.д.), находящиеся на поверхности какого-либо образца. К этим методам относятся: сканирующая туннельная микроскопия, атомно-силовая микроскопия и оптическая микроскопия ближнего поля. Сканирующий туннельный микроскоп Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) был создан в 1982 г сотрудниками исследовательского отдела фирмы IBM Г. Биннигом и Х. Рёрером. Он открыл многообещающие возможности научных и прикладных исследований в области нанотехники и явился первым техническим устройством, с помощью которого была осуществлена наглядная визуализация атомов и молекул. За создание СТМ авторы в 1986 г были удостоены Нобелевской премии по физике. Рассмотрим принцип работы сканирующего туннельного микроскопа (см. следующий слайд). К поверхности проводящего образца на характерное межатомное расстояние, составляющее доли нанометра, подводится очень тонкое металлическое острие (игла, она же зонд). При приложении между образцом и иглой разности потенциалов U ~ 0,1…1 В в цепи (см. рис.) появляется ток, обусловленный туннелированием электронов через зазор d. Туннельный ток составляет ~ 1…10 нА, т.е. имеет величину, которую вполне можно измерить в эксперименте.
3.Удельная проводимость y кремния с примесями равна 112См/м. Определить подвижность bp дырок и их концентрацию np, если постоянная Холла RН=3
Билет 9
1.Тепловое излучение, его спектральные и интегральные характеристики
Тепловое излучение- т.е. испускание э/м волн нагретыми телами за счет их внутренней энергии x Причина- возбуждение атомов, молекул вещества вследствие их теплового движения. x Тепловое излучение равновесно, т.е. если поместить тело в замкнутую отражающую оболочку, то тело будет в единицу времени поглощать столько же энергии сколько и излучать. x И Тепловое излучение имеет место при любой температуре Т > 0 К x Излучение происходит во всем диапазоне длин волн или во всем диапазоне частот и имеет сплошной спектр В зависимости от вида энергии, которую теряет излучатель различают: тепловое излучение и люминесценцию.
2.
Радиоактивность – свойства ядер некоторых элементов самопроизвольно распадаться с образованием новых ядер и с испусканием излучения, которое называют радиоактивным излучением.
Само явление самопроизвольного распада ядер называется радиоактивным распадом.
Радиоактивное излучение может состоять из трех видов излучений, различных по природе и свойствам: 
излечений. Все виды излучений невидимы для глаза и обнаруживаются только по их действию на вещество: фотохимическое действие, люминесценция, ионизация и др
Существует несколько формулировок закона, например, в виде дифференциального уравнения:
которое означает, что число распадов − dN, произошедшее за короткий интервал времени dt, пропорционально числу атомов N в образце.
1. Задачи нет L
Билет 10
1. Тепловое излучении, его спекрт и интегр харкатеристики 
Структурные уровни организации материи в неживой природе.
. Все природные объекты представляют собой упорядоченные, иерархически структурированные системы. Под системой принято понимать упорядоченное множество (совокупность) взаимосвязанных элементов. Связи между элементами образуют ее структуру. В зависимости от критериев обобщения возможны различные варианты систематизации в описании материи, например: по формам существования материи – вещество и поле; по типам взаимодействия между элементами при организации системы – физические, химические, биологические, социальные системы.
T b Om Структурные уровни организации материи в неживой природе обычно рассматриваются в следующей последовательности: x «элементарные частицы», - уровень атомного ядра и составляющих его частиц x «атомы», - представляет собой единую квантово-механическую систему, состоящую из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки. Атом электрически нейтрален. Электроны удерживаются на орбитах силами эл. Притяжения. Т.к. электрон не можут находиться в одном и том же энергетич. состоянии с другими электронами, то элктроны располагаются слоями. x «молекулы», -молекула как наименьшая структурная ед-ца вещества, состоящая из атомов, соединенных хим. связами.
«поля и физический вакуум»,
«макротела»,
«планеты и их системы»,
«звезды и их системы»,
«галактики и их объединения (метагалактики)»
3 Собственный полупроводник (германий) имеет при некоторой температуре удельное сопротивление ρ=0,48 Ом*м. Определить концентрацию n носителей заряда, если подвижности bn и bp э 
5 билет
задача
14 билет
1.Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза де Бройля.
p — n -перехо́д, или электронно-дырочный переход, — область полупроводника, в которой имеет место пространственное изменение типа проводимости от электронной n к дырочной p.
Электронно-дырочный переход может быть создан различными путями:
- в объёме одного и того же полупроводникового материала, легированного в одной части донорной примесью (n -область), а в другой — акцепторной (p -область);
2. на границе двух различных полупроводников с разными типами проводимости.
Если p — n -переход получают вплавлением примесей в монокристаллический полупроводник, то переход от n - к р -области происходит скачком (резкий переход). Если используется диффузия примесей, то образуется плавный переход.
Диод – это полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, имеющий два вывода (анод и катод), и предназначенный для выпрямления, детектирования, стабилизации, модуляции, ограничения и преобразования электрических сигналов.
Вольтамперная характеристика полупроводникового диода.
/, 2 — участок приближенно прямолинеен -экспонента;
3 - пробой диода
0,3 - обратный ток;
0,1 - ток меняется нелинейно.