Структура электронных оболочек атомов.
При́нцип Па́ули (принцип запрета) — один из фундаментальных принципов квантовой механики, согласно которому два и более тождественныхфермиона (частиц с полуцелым спином) не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии. Строение атомов и принцип Паули
Принцип Паули помогает объяснить разнообразные физические явления. Следствием принципа является наличие электронных оболочек в структуре атома, из чего, в свою очередь, следует разнообразие химических элементов и их соединений. Количество электронов в отдельном атоме равно количеству протонов. Так как электроны являются фермионами, принцип Паули запрещает им принимать одинаковые квантовые состояния. В итоге, все электроны не могут быть в одном квантовом состоянии с наименьшей энергией (для невозбуждённого атома), а заполняют последовательно квантовые состояния с наименьшей суммарной энергией (при этом не стоит забывать, что электроны неразличимы, и нельзя сказать, в каком именно квантовом состоянии находится данный электрон). Примером может служить невозбуждённый атом лития (Li), у которого два электрона находятся на 1S орбитали (самой низкой по энергии), при этом у них отличаются собственные моменты импульса и третий электрон не может занимать 1S орбиталь, так как будет нарушен запрет Паули. Поэтому, третий электрон занимает 2S орбиталь (следующая, низшая по энергии, орбиталь после 1S).
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Тепловое излучение, его особенности и характеристики. Поглощательная способность.
Классификация тел по поглощательной способности. Абсолютно черное тело.
2. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа и его следствия.
3. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Закон Стефана–
Больцмана. Закон смещения Вина.
4. Теоретическое обоснование законов теплового излучения. Формула Вина. Формула Рэлея
– Джинса.
5. Квантовая гипотеза и формула Планка для теплового излучения. Вывод из формулы
Планка формулы Вина и формулы Рэлея–Джинса.
6. Тормозное рентгеновское излучение. Коротковолновая граница тормозного излучения.
7. Внешний фотоэффект и его законы.
8. Механизм внешнего фотоэффекта с квантовой точки зрения. Уравнение Эйнштейна для
внешнего фотоэффекта. Многофотонное поглощение.
9. Вольтамперные характеристики фотодиода для разных длин волн излучения.
10. Фотоны. Энергия и импульс фотонов. Единство волновых и корпускулярных свойств
света.
11. Эффект Комптона и его теория.
12. Корпускулярно-волновой дуализм свойств частиц вещества. Гипотеза и формула де-
Бройля.
13. Свойства волн де-Бройля.
14. Опытное обоснование волновых свойств частиц вещества. Опыты Фабриканта,
Бибермана, Сушкина по дифракции поочередно летящих электронов.
15. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Примеры для частицы в макро и
микроскопических системах.
16. Волновая функция и ее физическое содержание. Свойства волновой функции.
17. Волновая функция в области потенциального барьера. Понятие о туннельном эффекте.
Прозрачность потенциального барьера.
18. Уравнение Шредингера. Вывод уравнения Шредингера для стационарных состояний.
Особенности его решения.
19. Частица в одномерной прямоугольной потенциальной яме бесконечной глубины.
Квантование энергии и импульса частицы.
20. Линейный гармонический осциллятор. Основные результаты классической и квантовой
теорий.
21. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа частиц. Ядерная модель атома.
22. Атом водорода. Постулаты Бора. Радиусы круговых орбит электронов. Энергия
электрона в водородоподобном атоме.
23. Квантовый ротатор. Квантование момента импульса. Угловая часть волновой функции.
24. Квантование момента импульса электрона в атоме. Азимутальное и магнитное квантовые
числа.
25. Решение уравнения Шредингера для атома водорода. Волновая функция для электрона в
атоме водорода. Физический смысл Боровских радиусов орбит электронов.
26. Магнитные свойства атомов. Связь магнитного момента с орбитальным механическим
моментом. Гиромагнитное отношение. Магнетон Бора.
27. Атом в магнитном поле. Эффект Зеемана. Правила отбора.
28. Спин электрона. Опыты Штерна и Герлаха. Магнитное спиновое квантовое число.
29. Принцип неразличимости одинаковых частиц в квантовой механике. Симметричные и
антисимметричные волновые функции. Фермионы и Бозоны.
30. Принцип Паули. Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме.
Структура электронных оболочек атомов.