Атомная физика. Матвеев А.Н.

М.: Высш. школа, 1989.— 439с.

Книга представляет собой пятый том курса общей физики (первые четыре тома вышли ранее). Большое внимание уделено анализу экспериментальной ситуации, приведшей к возникновению квантовой теории Подробно анализируется физическое содержание основных квантовых понятий и математического аппарата, используемого для описания движения микрочастиц, рассматриваются основные явления физики атома и явления, обусловленные свойствами атомной оболочки, а также некоторые релятивистские квантовые явления.

Формат: djvu / zip

Размер: 5,2 Мб

Скачать файл по ссылке Скачать файл

ОГЛАВЛЕНИЕПредисловие 9Введение 111 КОРПУСКУЛЯРНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН§ 1. Фотоэффект 18Открытие фотоэффекта Экспериментальные факты Противоречие законов фотоэффекта представлениям классической физики Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта Внутренний и ядерный фотоэффекты Импульс фотона Селективный фотоэффект§ 2. Эффект Комптона 24Томсоновское рассеяние Опыты Баркла Опыты Комптона Рассеяние света с корпускулярной точки зрения Расчет эффекта Комптона Наблюдение индивидуальных актов столкновения§ 3. Флуктуации интенсивности светового потока 29Флуктуации интенсивности светового потока Опыты Вавилова Флуктуации интенсивности во взаимно когерентных волнах Флуктуации интенсивности в поляризованных лучах Опыт Брауна и Твисса§ 4. Поляризация фотонов 33Поляризация электромагнитных волн Поляризационные явления в одноосных кристаллах Применимость понятия поляризации к отдельному фотону Фотон Поляризация фотона Суперпозиция состояний§ 5. Интерференции фотонов 41Интерференция электромагнитных волн Корпускулярная интерпретация опытов Винера Корпускулярная интерпретация опыта Юнга Стационарное состояние Задачи 462 ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА КОРПУСКУЛ§ 6. Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах 48Рентгеновское излучение Формула Брэгга-Вульфа Методы наблюдения дифракции волн на кристаллах Способ Лауэ Способ Брэгга Способ Дебая-Шерера Учет преломления рентгеновских лучей§ 7. Эффект Рамзауэра Таунсенда 52Классификация столкновений электронов с атомами Поперечное сечение Средняя длина свободного пробега Экспериментальное определение поперечного сечения упругого столкновения электрона с молекулами Эффект Рамзауэра и Таунсенда Интерпретация эффекта Рамзауэра-Таунсенда§ 8. Волны де Бройля 56Уравнения де Бройля Плоские волны и фазовая скорость Волновой пакет и групповая скорость Несостоятельность гипотезы волнового пакета§ 9. Экспериментальные подтверждения волновых свойств корпускул 59Длина волн де Бройля Опыты Дэвидсона и Джермера Учет преломления электронных волн Опыты Томсона и Тартаковского Опыты по дифракции электронов без использования кристаллов Опыты с нейтронами и молекулярными пучками Опыты при очень слабых потоках частиц§ 10. Уравнение длин волн де Бройля 65Уравнение Гельмгольца для волн де Бройля Уравнение ШредингераЗадачи 663 ДИСКРЕТНОСТЬ АТОМНЫХ СОСТОЯНИЙ§ 11. Излучение черного тела 68Классическая теория излучения черного тела Концентрация мод колебаний Формула Рэлея - Джинса Формула Вина Формула Планка Противоречие формулы Планка закономерностям классической физики Дискретность квантовых состояний и введение представления о квантовании энергии Квантовые переходы Спонтанные и вынужденные переходы Коэффициенты Эйнштейна Условия равновесия Формула Планка§ 12. Опыты Франка-Герца 75Идея опытов Франка-Герца Схема опытов Интерпретация результатов опыта§ 13. Атомные спектры 78Возбуждение спектров излучения Экспериментальные закономерности в линейчатых спектрах Комбинационный принцип Несовместимость закономерностей излучения с классическими представлениями§ 14. Ядерная модель атома 81Две модели строения атома Формула Резерфорда Опыты Резерфорда Заряд ядра Распределение заряда в атоме Несовместимость планетарной модели атома с представлениями классической физики Постулаты Бора Правила квантования Обобщение правил квантования на эллиптические орбиты Спектральные серии атома водорода Энергия ионизации атома водорода Спектр иона гелия Учет движения ядра Изотопический сдвиг спектральных линий Недостатки теории Бора§ 15. Опыты Штерна и Герлаха 92Орбитальный магнитный момент атома по классической теории Движение магнитного момента в магнитном поле Опыт Штерна и ГерлахаЗадачи 954 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ§ 16. Уравнение Шредингера 98Уравнение Шредингера Стационарные состояния Математические требования к волновой функции Условие нормировки волновой функции Собственные функции и собственные значения Ортогональность собственных функций Характер статистических закономерностей квантовой механики Уравнение Шредингера, зависящее от времени Плотность заряда и плотность тока Принцип суперпозиции состояний§ 17. Основные сведения из теории операторов 104Описание физических величин в классической физике Описание физических величин в квантовой механике Определение оператора Линейные операторы Сумма и произведение операторов Коммутирующие и антикоммутирующие операторы Собственные значения и собственные функции линейных операторов Линейные самосопряженные (эрмитовы) операторы Ортогональность собственных функций Условие самосопряженности произведения двух самосопряженных опера горов Нормировка собственных функций Полнота системы собственных функций Вырожденные собственные значения Непрерывный спектр собственных значений Формула для суммы произведений собственных функций§ 18. Представление динамических переменных посредством операторов 110Постулаты квантовой механики Вычисление средних значений динамических переменных Оператор координаты Оператор импульса Гамильтониан Момент импульса частицы Оператор полной энергии Оператор произвольной функции динамических переменных Условие одновременной измеримости различных динамических переменных Принцип дополнительности Чистые и смешанные состояния Соотношение неопределенностей Соотношение неопределенностей Гейзенберга Соотношение неопределенностей между произвольными физическими величинами Соотношение неопределенности для проекции момента импульса на ось Z Соотношение неопределенности для энергии Интерпретация соотношения неопределенностей§ 19. Изменение динамических переменных во времени 122Дифференцирование операторов по времени, скобки Пуассона Квантовые уравнения Гамильтона Интегралы движения Теоремы ЭренфестаЗадачи 1265 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ§ 20. Что такое представление? 128Различные представления функций Матричные элементы операторов Координатное представление§ 21. Линейные конечномерные векторные пространства 130Линейное векторное пространство Линейно независимые векторы Размерность линейного пространства я его базис Скалярное произведение векторов Сопряженные векторы Операторы Представление векторов и операторов в ортонормированном базисе Собственные векторы и собственные значения оператора Условие полноты ортонормиро-ванного базиса Построение ортонорми-рованного базиса Связь между представлениями вектора в различных базисах Связь между представлениями оператора в различных базисах Функции от операторов Производная от оператора по параметру§ 22. Линейные бесконечномерные векторные пространства 142Бесконечномерный вектор Скалярное произведение Условие полноты и нормировка базисных векторов Свойства 5-функции Дирака Бесконечномерные операторы Собственные значения и собственные векторы Коммутатор операторов X к Я Соотношение взаимности операторов X и Я§ 23. Постулаты квантовой механики 150Смысл аксиоматического представления физической теории Постулаты квантовой механики Обобщение постулатов на многие степени свободы§ 24. Различные представления квантовой динамики 153Картина динамики Шредингера Картина динамики Гейзенберга Картина взаимодействия Стационарные состоянияЗадачи 1606 ПРОСТЕЙШИЕ СЛУЧАИ ДВИЖЕНИЯ МИКРОЧАСТИЦ§ 25. Свободное движение частицы 162Волновые функции Нормировка на длину периодичности Непрерывный спектр Плотность заряда и плотность тока§ 26. Частица в одномерной потенциальной яме 164Бесконечно глубокая яма Одномерная яма конечной глубины Случай Е < Еа0 Случай Е > ЕиВ§ 27. Линейный гармонический осциллятор 167Линейный осциллятор Нулевая энергия Волновые функции Четность собственных функций Теория излучения Правила отбора для осциллятора Интенсивность излучения§ 28. Движение в поле центральной силы. Ротатор 173Собственные значения и собственные функции Момент импульса Закон сохранения Четность Собственные функции и собственные значения ротатора Правила отбора Классификация состояний по моменту импульса§ 29. Прохождение микрочастиц через потенциальный барьер 179Определение потенциального барьера Коэффициент прохождения и коэффициент отражения Прямоугольный потенциальный барьер Потенциальный барьер произвольной формы Холодная эмиссия электронов из металла Радиоактивный а-распадЗадачи 1857 АТОМ ВОДОРОДА И ВОДОРОДОПОДОБНЫЕ АТОМЫ§ 30. Стационарные состояния атома водорода и спектр излучения 188Собственные значения и собственные функции Радиальные волновые функции Правило отбора для п Распределение плотности в электронном облаке Схема уровней энергии водородного атома и спектр излучения§ 31. Учет конечности массы ядра 193Гамильтониан с учетом конечности массы ядра Сдвиг энергетических уровней§ 32. Водородонодобные атомы и системы 195Определение и общая характеристика Водородоподобные ионы и изотопы водорода Позитроний и мюоний Мюонные атомы Адронные атомы Ридбер-говские атомы§ 33. Атомы щелочных металлов 198Собственные значения энергии щелочных металлов Правила отбора Резонансная линия Главная серия Первая побочная (или диффузная) серия Вторая побочная (или резкая) серия Спектры других щелочных металлов§ 34. Дублетная структура спектров щелочных металлов н спин электрона 202Экспериментальные факты Спин электрона Собственный магнитный момент электрона Сущность спин-орбитального взаимодействия Объяснение закономерностей расщепления линийЗадачи 2068 МАГНИТНЫЙ И МЕХАНИЧЕСКИЙ МОМЕНТЫ АТОМА§ 35. Орбитальный момент электрона 208Источники атомного магнетизма Орбитальный момент электрона по квантовой теории Модуль и ориентировка орбитального магнитного момента Гиромагнитное отношение§ 36. Оператор спина электрона 211Спин Оператор спина Оператор проекции спина на произвольное направление Среднее значение проекции спина, находящегося в определенном состоянии Вероятность проекции спина на заданное направление§ 37. Магнитный и механический моменты атома 214Сложение орбитального момента и спина. Угол между орбитальным и спиновым моментами. Полный магнитный момент электрона. Векторная модель атома. Сложение моментов импульса в общем случае. Правила сложения спиновых магнитных моментов. Возможные типы связи. (L-S)-CBfl3b. Полный магнитный момент атома. Множитель Ланде§ 38. Квантово-мехэпическое описание спина в магнитном поле 220Уравнение Шредингера для спина в магнитном поле. Прецессия спина§ 39. Магнитомеханические эффекты 222Физическая природа эффектов. Опыт Эйнштейна - де Гааза. Прецессия атомов в магнитном поле. Эффект Барнетта§ 40. Экспериментальные методы измерения магнитных моментов 225Метод отклонения атомов в неоднородном магнитном поле. Метод магнитного резонансаЗадачи 2309 ТЕОРИЯ ВОЗМУЩЕНИЙ§ 41. Стационарная теория возмущений в случае невырожденных собственных значений 232Постановка задачи. Оператор возмущения. Вычисление поправок к собственным функциям и собственным значениям. Постановка задачи в теории столкновений. Борновское приближение. Формула Резерфорда§ 42. Стационарная теория возмущений в случае вырожденных собственных значений 238Ортогонализация собственных функций, принадлежащих вырожденному собственному значению. Снятие вырождения§ 43. Нестационарная теория возмущений 241Постановка задачи. Уравнение Шредингера в представлении взаимодействия. Вычисление поправок к волновым функциямЗадачи 24410 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АТОМА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ§ 44. Мультиплетная структура термов атомов и линий излучения как результат спин-орбитального взаимодействия 246Спин-орбитальное взаимодействие. Мультиплетность энергетических уровней. Мультиплетность линий излучения. Правило отбора для L. Правило отбора для S. Правило отбора для J. Мультиплетная структура спектров щелочных элементов. Мультиплетность спектров щелочноземельных элементов. Мультиплетность спектров атомов с тремя оптическими электронами. Правило мультиплетностей§ 45. Эффект Зеемана 249Смысл слабого магнитного поля. Расщепление энергетических уровней при помещении атома в магнитное поле. Расщепление линий излучения. Сложный эффект Зеемана. Простой эффект Зеемана§ 46. Эффект Пашсна Бака 252Сильное поле. Расщепление уровней. Расщепление линий излучения§ 47. Эффект Штарка 254Эффект Штарка первого порядка в атоме водорода. Равенство нулю первой поправки к энергии основного состояния. Расщепление уровней первого возбужденного состояния. Квадратичный эффект Штарка§ 48. Взаимодействие двухуровневого атома с когерентным резонансным излучением 257Двухуровневый атом. Уравнение Шредингера. Решение уравнения Шредингера. Обсуждение физического содержания решения§ 49. Динамика спина в переменном магнитном поле 259Постановка задачи. Уравнение Шредингера. Решение уравнения. Прецессия спина§ 50. Теория дисперсии 261Задачи теории дисперсии. Нахождение волновой функции. Атомная диэлектрическая восприимчивость§ 51. Комбинационное рассеяние 265Дипольное приближение. Рэлеевское рассеяние. Комбинационное рассеяниеЗадачи 26811 МНОГОЭЛЕКТРОННЫЕ АТОМЫ§ 52. Атом гелия 270Непригодность старой теории Бора. Уравнение Шредингера. Решение задачи в случае пренебрежения взаимодействием между электронами и без учета спинов электронов Тождественность различных электронов Обменное вырождение Симметрия волновых функций Обменное вырождение и симметрия волновых функций с учетом взаимодействия между электронами Волновые функции электрона с учетом спина Математическая формулировка принципа Паули Взаимодействие между электронами§ 53. Приближенные методы расчета сложных атомов 279Недостаточность теории возмущений Вариационный метод Метод Ритца Метод самосогласованного поля Статистический метод§ 54. Электронные конфигурации и идеальная схема заполнения оболочек 283Электронные конфигурации Последовательность заполнения электронных оболочек Правило Хунда Периодичность химических свойств элементов§ 55. Периодическая система элементов Менделеева 286Обозначение электронных состояний Заполнение электронных состояний в первых трех периодах Отклонения от идеальной схемы заполнения оболочек§ 56. Трансурановые элементы 288Причины нестабильности трансурановых элементов Характеристика полученных трансурановых элементов Причины чрезвычайно малых времен жизни очень тяжелых трансурановых элементов§ 57. Рентгеновские спектры 292Рентгеновское излучение Особенности рентгеновских спектров Объяснение особенностей рентгеновских спектров Закон Мозли Дублетный характер рентгеновских спектровЗадачи 29612 МОЛЕКУЛЫ§ 58. Химическая связь 298Типы химической связи Ковалентная связь Ионная связь§ 59. Ион молекулы водорода. Метод орбиталей 304Приближение Борна Оппенгеймера Ион молекулы водорода Качественное рассмотрение Метод орбиталей§ 60. Молекула водорода 307Волновые функции Энергия взаимодействия Равновесное расстояние Полный спин молекулы Параводород и ор-товодород§ 61. Валентность. Метод валентных связей 312Инертные газы Валентность Метод валентных связей§ 62. Структура молекул 313Метод молекулярных орбиталей Представление структуры методом валентных связей Направленные валентности атомов Гибридизация Кратные связи между атомами§ 63. Колебательные и вращательные спектры молекул 316Энергетические состояния молекулы Вращение двухатомных молекул Вращение многоатомных молекул Вращательные спектры Колебания двухатомных молекул Колебания многоатомных молекул Вращательно-колебательные спектры§ 64. Электронные спектры молекул 324Принцип Франка Кондона Классификация электронных состояний молекулы Отбор переходов между колебательными состояниями Предиссоциация ЛюминесценцияЗадачи 33013 ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ§ 65. Типы связи в кристаллах 332Возникновение кристаллической структуры Энергия взаимодействия атомов Ионная связь Ковалентная связь Водородная связь Металлическая связь Молекулярная связь§ 66. Основные понятия зонной теории твердых тел 335Теорема Блоха Одномерная модель кристалла Кронига Пенни Проводники и диэлектрики Естественные полупроводники Примесные полупроводники§ 67. Переход металл металл 344Энергия Ферми Переходы и контакты Возникновение разности потенциалов на переходе металл - металл Расчет разности потенциалов Термоэлектричество Эффект Пельтье Эффект Томсона§ 68. Полупроводники 350Примесные уровни Скорость электронов Ускорение электронов Эффективная масса Дырки Подвижность носителей Рекомбинация Применение однородных полупроводников§ 69. p-n-Переходы н транзисторы 356Возникновение р-и-перехода. Распределение электронов и дырок в р-п-переходе. Электрический ток через р-и-переход. Вольтамперная характеристика. Емкость p-n-перехода. Диод. Туннельный диод. Выпрямление тока. Детектирование. Стабилитрон. Светоизлучающий диод. Биполярный транзистор. Включение по схеме с общим эмиттером. Включение по схеме с общей базой. Включение по схеме с общим коллектором. Полевые транзисторы. Интегральные схемы§ 70. Сверхпроводимость 369Сверхпроводимость. Критическое поле. Критическая плотность тока. Эффект Мейсснера. Сверхпроводники первого и второго рода. Остаточное сопротивление металлов. Спаривание электронов. Энергетическая щель. Фазовая когерентность. Квантование магнитного потока. Колебания тока в сверхпроводящем кольце. Туннелирование электронов через диэлектрический слой. Эффекты Джозефсона. Квантовые интерферометры. Высокотемпературная сверхпроводимость14 РЕЛЯТИВИСТСКИЕ ЭФФЕКТЫ В АТОМНОЙ ФИЗИКЕ§ 71. Релятивистские волновые уравнения 382Область релятивистских эффектов в атомной физике. Общие замечания о релятивистских уравнениях. Уравнение Клейна - Гордона. Уравнение Дирака. Волновая функция свободного электрона§ 72. Релятивистские эффекты в атомной физике 393Уровни энергии бесспиновой частицы в кулоновском поле. Тонкая структура уровней энергии атома водорода. Состояния с отрицательной энергией§ 73. Физические свойства вакуума 400Опыты Лэмба и Ризерфорда. Физические свойства вакуума

15 КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ§ 74. Измерение в квантовой механике 404Материальная точка квантовой механики. Состояние движения. Измерение в классической механике. Измерение в квантовой механике. Статистический ансамбль систем. Детерминированное и недетерминированное изменение состояния. Редукция состояния§ 75. Элемент физической реальности и проблема полноты квантовой механики 411Соотношение неопределенностей. Индетерминизм. Рассуждения ЭПР и элементы физической реальности. Проблема полноты квантовой теории. Квантово-механическая корреляция и несепарабельность квантовой системы§ 76. Квантовые корреляции 416Корреляция спинов в синглетном состоянии. Схема эксперимента типа ЭПР с поляризациями. Измерение линейной поляризации фотонов. Вычисление коэффициента корреляции поляризаций§ 77. Корреляционные эксперименты 423Возбуждение источника каскадного излучения пар фотонов. Эксперименты с одноканальными анализаторами. Эксперименты с двухканальными анализаторами§ 78. Неравенства Белла н физическаяреальность 425Локальный характер законов классической физики. Неравенства Белла. Экспериментальная проверка неравенств Белла. Физическая реальность. Эксперименты с переключаемыми анализаторами§ 79. Физическая реальность и здравый смысл 430Приложение 435Предметный указатель 436

Как скачивать и открывать электронные книги в различных форматах pdf, djvu - смотрите здесь Компьютерные программы для учебы, архиваторы, электронные читалки.