Загальний курс фізики АТомна фізика

П'ятий том курсу фізики, широко відомого у нас у країні та за кордоном. Книга написана на основі лекцій, які протягом кількох років читалися автором студентам Московського фізико-технічного інституту. Основну увагу приділено з'ясуванню фізичного сенсута змісту основних законів та понять атомної та ядерної фізики, встановленню меж застосування цих законів, розвитку у студентів навичок фізичного мислення та вміння ставити та вирішувати конкретні завдання.

Перше видання п'ятого тому вийшло у двох частинах (1986 р. - перша частина, 1989 р. - друга).

Для студентів фізичних та математичних факультетів університетів, фізико-технічних та інженерно-фізичних інститутів, а також вишів, де фізика є основною дисципліною.

Третє видання, стереотипне.

М.: ФІЗМАТЛІТ; Вид-во МФТІ, 2006.

ISBN 5-9221-0645-7, 5-9221-0230-3, 5-89155-088-1, 5-9221-0229-X, 5-89155-077-6

Кількість сторінок: 784.

Зміст книги «Загальний курс фізики. Том V. Атомна та ядерна фізика»:

• 3 Зміст
• 7 Передмова
• 9 Глава I. Кванти світла
  • 9 § 1. Енергія та імпульс світлового кванта
  • 14 § 2. Фотоелектричний ефект
  • 26 § 3. Ефект Комптону
  • 34 § 4. Ефект Доплера під час руху джерела світла у вакуумі з фотонної точки зору
  • 37 § 5. Відображення та заломлення світла в фотонної теорії. Фотони в середовищі
  • 40 § 6. Випромінювання Вавилова-Черенкова. Ефект Доплера під час руху джерела світла серед.
  • 44 § 7. Фотони у гравітаційному полі
  • 46 § 8. Деякі досліди з виявлення корпускулярних властивостейсвітла
• 50 Розділ II. Будова, енергетичні рівні та спектри атома
  • 50 § 9. Ядерна модель атома та досліди Резерфорда
  • 58 § 10. Визначення заряду ядра з розсіяння рентгенівських променів
  • 61 § 11. Спектральні закономірності
  • 64 § 12. Постулати Бора
  • 67 § 13. Спектр водню
  • 79 § 14. Експериментальне підтвердження постулатів Бора
  • 86 § 15. Резонансне світіння та люмінесценція
  • 89 § 16. Принципові недоліки теорії Бора
• 92 Розділ III. Хвильові властивостічастинок речовини
  • 92 § 17. Гіпотеза де Бройля
  • 99 § 18. Експериментальні підтвердженнягіпотези де Бройля
  • 109 § 19. Статистична інтерпретаціяхвиль де Бройля та хвильової функції
  • 117 § 20. Співвідношення невизначеностей
• 128 Розділ IV. Рівняння Шредінгера. Квантування
  • 128 § 21. Рівняння Шредінгера
  • 133 § 22. Рівняння Шредінгера та квантування
  • 138 § 23. Гармонічний осцилятор
  • 142 § 24. Одномірні прямокутні потенційні ями
  • 147 § 25. Квантування у разі сферично-симетричного силового поля
  • 149 § 26. Система двох взаємодіючих частинок
  • 153 § 27. Квантування водородоподібного атома у сферично-симетричному випадку
  • 157 § 28. Потенційні бар'єри
  • 167 § 29. До пояснення контактної різниці потенціалів. Холодна емісія електронів із металів
• 172 Глава V. Подальша побудова квантової механікита спектри
  • 172 § 30. Операторний метод
  • 181 § 31. Момент імпульсу частки
  • 190 § 32. Додавання кутових моментів
  • 195 § 33. Квантування водневого атома в загальному випадку
  • 199 § 34. Енергетичні рівніта спектральні серії лужних металів
  • 207 § 35. Магнетизм атомів
  • 211 § 36. Досліди Штерна та Герлаха. Спін електрона
  • 217 § 37. Ефект Садовського та спин фотона
  • 226 § 38. Чотири квантових числаелектрона та тонка структура спектральних термів
  • 234 § 39. Правила відбору при випромінюванні та поглинанні світла
  • 238 § 40. Тонка структура спектральних лінійводню та лужних металів
  • 242 § 41. Простий та складний ефект Зеємана
  • 250 § 42. Магнітний резонанс
  • 259 § 43. Ефект Штарка
  • 263 § 44. Лембовський зсув рівнів атомних електронів
  • 266 § 45. Фізичний вакуумта пояснення лембовського зсуву
• 270 Розділ VI. Атомні системиз багатьма електронами
  • 270 § 46. Принцип тотожності однакових частинок. Принцип Паулі
  • 276 § 47. Пояснення періодичної системи хімічних елементівД. І. Менделєєва
  • 285 § 48. Рентгенівське проміння
  • 298 § 49. Атом гелію
  • 307 § 50. Хімічний зв'язок. Молекула водню
  • 315 § 51. Параводень та ортоводород
  • 317 § 52. Молекулярні сили
• 322 Розділ VII. Деякі макроскопічні квантові явища
  • 322 § 53. Можливі стани частки в обмеженому обсязі
  • 324 § 54. Теорія Дебая теплоємності твердих тіл
  • 331 § 55. Типи зв'язків атомів у твердих тілах
  • 333 § 56. Коливання атомів в одномірному прямолінійному ланцюжку
  • 340 § 57. Фонони та квазічастки
  • 348 § 58. Енергетичні зониу твердих тілах
  • 354 § 59. Зонна структура та хвилі Блоха
  • 365 § 60. Надплинність. Досвідчені факти
  • 373 § 61. Поняття про теорію надплинності
  • 381 § 62. Поняття про теорію надпровідності
• 390 Розділ VIII. Статичні властивості атомного ядра
  • 390 § 63. Введення
  • 400 § 64. Енергія зв'язку ядра
  • 410 § 65. Розміри ядра
  • 416 § 66. Спин ядра та надтонка структура спектральних ліній
  • 427 § 67. Вплив спина ядра на ефект Зеємана
  • 429 § 68. Вимірювання спинів та магнітних моментів ядер методом магнітного резонансу. Досвідчені дані про спини та магнітні моменти ядер
  • 431 § 69. Парність. Закон збереження парності
  • 437 § 70. Електричні властивості та форма ядра
• 442 Розділ IX. Радіоактивність
  • 442 § 71. Введення
  • 450 § 72. Закони радіоактивного розпаду
  • 455 § 73. Альфа-розпад
  • 467 § 74. Бета-розпад
  • 483 § 75. Гамма-випромінювання ядер та внутрішня конверсія електронів
  • 487 § 76. Ефект Мессбауера
• 495 Розділ X. Короткі відомостіпро ядерні моделі
  • 495 § 77. Загальні відомості
  • 498 § 78. Оболонкова модель ядра
• 510 Розділ XI. Проходження заряджених частинок та гамма-квантів через речовину
  • 510 § 79. Вступ
  • 511 § 80. Проходження важких заряджених частинок через речовину
  • 519 § 81. Проходження легких заряджених частинок через речовину
  • 524 § 82. Проходження гамма-квантів через речовину
  • 530 § 83. Інші прояви взаємодії ядерних частинок із речовиною
• 534 Розділ XII. Джерела та методи реєстрації ядерних частинок
  • 534 § 84. Прискорювачі
  • 555 § 85. Джерела нейтронів та інших нейтральних частинок
  • 560 § 86. Детектори частинок
• 575 Розділ XIII. Ядерні реакції
  • 575 § 87. Термінологія та визначення
  • 579 § 88. Закони збереження в ядерних реакціях
  • 587 § 89. Складове ядро
  • 590 § 90. Ядерні реакції, що йдуть через складове ядро
  • 594 § 91. Додаткові відомості про ядерні реакції
• 602 Розділ XIV. Нейтрони та поділ атомних ядер
  • 602 § 92. Історія відкриття нейтрону
  • 606 § 93. Розподіл атомних ядер
  • 617 § 94. Трансуранові елементи
  • 636 § 95. Ланцюгова реакціята ядерні реактори
  • 649 § 96. Природний ядерний реактор в Осло
  • 651 § 97. Використання антинейтрино для контролю ядерного реактора
  • 654 § 98. Термоядерна проблема
  • 669 § 99. Нейтронна оптика
• 683 Розділ XV. Деякі питання астрофізики
  • 683 § 100. Джерела енергії зірок
  • 695 § 101. Деякі відомості з астрономії
  • 699 § 102. Короткі відомості про еволюцію зірок
  • 716 § 103. Космічні промені
• 733 Розділ XVI. Елементарні частки
  • 733 § 104. Що таке елементарні частки
  • 736 § 105. Класифікація елементарних частинок
  • 739 § 106. Античастинки
  • 742 § 107. Закони збереження енергії та імпульсу та їх застосування
  • 749 § 108. Закони збереження електричного, лептонного та баріонного зарядів
  • 753 § 109. Інші закони збереження та квантові числа
  • 758 § 110. Кваркова модель адронів
• 766 Таблиці
• 769 Іменний покажчик
• 773 Предметний покажчик

Передмова
ГЛАВА I КВАНТИ СВІТЛА
§ 1. Енергія та імпульс світлового кванта
§ 2. Фотоелектричний ефект
§ 3. Ефект Комптону
§ 4. Ефект Допплера під час руху джерела світла у вакуумі з фотонної точки зору
§ 5. Відображення та заломлення світла у фотонній теорії. Фотони в середовищі
§ 6. Випромінювання Вавилова-Черенкова. Ефект Допплера під час руху джерела світла серед.
§ 7. Фотони у гравітаційному полі
§ 8. Деякі досліди щодо виявлення корпускулярних властивостей світла
РОЗДІЛ II БУДОВА, ЕНЕРГЕТИЧНІ РІВНІ ТА СПЕКТИ АТОМА
§ 9. Ядерна модель атома та досліди Резерфорда
§ 10. Визначення заряду ядра з розсіяння рентгенівських променів
§ 11. Спектральні закономірності
§ 12. Постулати Бора
§ 13. Спектр водню
§ 14. Експериментальне підтвердження постулатів Бора
§ 15. Резонансне світіння та люмінесценція
§ 16. Принципові недоліки теорії Бора
ГЛАВА III ХВИЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ЧАСТИН РЕЧОВИНИ
§ 17. Гіпотеза де Бройля
§ 18. Експериментальні підтвердження гіпотези де Бройля
§ 19. Статистична інтерпретація хвиль де Бройля та хвильової функції
§ 20. Співвідношення невизначеностей
РОЗДІЛ IV РІВНЯННЯ ШРЕДИНГЕРА. КВАНТУВАННЯ
§ 21. Рівняння Шредінгера
§ 22. Рівняння Шредінгера та квантування
§ 23. Гармонічний осцилятор
§ 24. Одновимірні, прямокутні потенційні ями
§ 25. Квантування у разі сферично-симетричного силового поля
§ 26. Система двох взаємодіючих частинок
§ 27. Квантування водородоподібного атома у сферично-симетричному випадку
§ 28. Потенційні бар'єри
§ 29. До пояснення контактної різниці потенціалів. Холодна емісія електронів із металів
РОЗДІЛ V ПОДАЛЬШИЙ НАСТРІЙ КВАНТОВОЇ МЕХАНІКИ ТА СПЕКТИ
§ 30. Операторний метод
§ 31. Момент імпульсу частки
§ 32. Додавання кутових моментів
§ 33. Квантування водневого атома у випадку
§ 34. Енергетичні рівні та спектральні серії лужних металів
§ 35. Магнетизм атомів
§ 36. Досліди Штерна та Герлаха. Спін електрона
§ 37. Ефект Садовського та спин фотона
§ 38. Чотири квантові числа електрона і тонка структура спектральних термів
§ 39. Правила відбору при випромінюванні та поглинанні світла
§ 40. Тонка структура спектральних ліній водню та лужних металів
§ 41. Простий та складний ефект Зеємана
§ 42. Магнітний резонанс
§ 43. Ефект Штарка
§ 44. Лембовський зсув рівнів атомних електронів
§ 45. Фізичний вакуум та пояснення лембовського зсуву
РОЗДІЛ VI АТОМНІ СИСТЕМИ З БОЛЬКИМИ ЕЛЕКТРОНАМИ
§ 46. Принцип тотожності однакових частинок. Принцип Паулі
§ 47. Пояснення періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва
§ 48. Рентгенівські промені
§ 49. Атом гелію
§ 50. Хімічний зв'язок. Молекула водню
§ 51. Параводень та ортоводород
§ 52. Молекулярні сили
ГЛАВА VII ДЕЯКІ МАКРОСКОПІЧНІ КВАНТОВІ ЯВИЩА
§ 53. Можливі стани частки в обмеженому обсязі
§ 54. Теорія Дебая теплоємності твердих тіл
§ 55. Типи зв'язків атомів у твердих тілах
§ 56. Коливання атомів в одномірному прямолінійному ланцюжку
§ 57. Фонони та квазічастки
§ 58 Енергетичні зони у твердих тілах
§ 59. Зонна структура та хвилі Блоха
§ 60. Надплинність. Досвідчені факти
§ 61. Поняття про теорію надплинності
§ 62. Поняття про теорію надпровідності
Іменний покажчик
Предметний покажчик

Тепер ми повинні описати закони або правила, що регулюють можливі поєднання векторів. Насамперед це складання векторів. Нехай це вектор в деякій системі координат з компонентами інший вектор з компонентами. Тепер складемо три нові числа. Чи утворять вони вектор? Атомна та ядерна фізика. Сивухін Д.В. Ми могли б сказати: "Зрозуміло, адже тут є три числа, а три числа утворюють вектор". Ні, не будь-які три числа утворюють вектор! Щоб отримати вектор, потрібно зв'язати три числа з деякою системою координат таким чином, щоб при повороті системи координат ці три числа поверталися одне щодо іншого, змішувалися згідно правил, які ми вже описали. Тому питання полягає в наступному: якщо ми повертаємо систему координат, і при цьому переходить у переходить у, у що перейде чи перейде воно в чи ні? Атомна та ядерна фізика. Сивухін Д.В. Відповідь, звичайно, так, тому що вихідне перетворення, описане рівняннями, є те, що ми називаємо лінійним перетворенням. Якщо ми застосуємо це перетворення щоб отримати ми виявимо, що перетворене дійсно те саме. "Складаючи" вектори а і b за щойно описаним правилом, ми отримуємо новий вектор. Можна записати це як Вектор з має цікаву властивість. яке можна одержати з його компонентів. Правильно також, що ми можемо складати вектори в будь-якому порядку. Атомна та ядерна фізика. Сивухін Д.В. Який геометричний змістсуми? Припустимо, що зображено у вигляді прямих ліній на аркуші паперу. Як при цьому виглядатиме з? Відповідь показано на Ми бачимо, що скласти компоненти а з компонентами найпростіше, якщо розташувати прямокутники, що представляють ці компоненти, так, як показано на малюнку. Оскільки b точно «вписується» у свій прямокутник, також як у свій, це буде те саме, що поєднати «хвіст» з «головою», тоді стрілка з «хвоста» а до «голови» буде вектором с. Можна зробити інакше: поєднати «хвіст» а з «головою. Згідно геометричним властивостямПаралелограма ми отримаємо той самий результат для с. Зауважимо, що вектори можна складати так само без допомоги координатних осей. Припустимо, що ми помножили деякий вектор на деяке число а, що це означає? Домовимося розуміти під цим новий вектор із компонентами. Доказ того, що це дійсно вектор, ми залишаємо студентам як завдання. Атомна та ядерна фізика. Сивухін Д.В. Тепер розглянемо віднімання векторів. Ми можемо визначити віднімання так само, як і додавання, тільки компоненти не складаються, а віднімаються. Або ми можемо визначити віднімання, ввівши поняття негативного вектора, а потім уже скласти компоненти. Обидва способи дадуть той самий результат, показаний на. З малюнка видно, що зауважимо також, що, знаючи, різницю легко знайти з еквівалентного співвідношення. Так різницю навіть легше знайти, ніж суму: щоб отримати ми просто проводимо вектор! Тепер обговоримо швидкість. Чому швидкість вектора? Якщо положення задається трьома координатами, то швидкість задається похідними. Це вектор чи ні? Диференціюючи вирази, ми можемо визначити закон перетворення. Ми бачимо, що компоненти дійсно перетворюються за тим самим законом. Отже, похідна вектор є вектором. Значить швидкість є вектор. Ми можемо записати швидкість у такому цікавому вигляді: Що таке швидкість, і чому вона є вектором, можна зрозуміти більш яскравому прикладі. Чи далеко пересунеться якась частка за короткий проміжок часу? Відповідь: на, оскільки, якщо частка знаходиться «тут» в один момент часу і «там» - в інший, то різниця положень дорівнює вектору і спрямована вздовж напрямку руху, як показано на. Розділивши цю різницю на проміжок часу, отримаємо вектор «середньої швидкості». Атомна та ядерна фізика. Сивухін Д.В. Іншими словами, під вектором швидкості ми розуміємо межу різниці радіус-векторів у моменти, поділеної на, що прагне до нуля. Таким чином, швидкість - це вектор, тому що вона дорівнює різниці двох векторів. Це також і тому, що компонентами швидкості є. Подумавши над цим, ми дійдемо висновку, що коли ми диференціюємо за часом будь-який вектор, то отримуємо новий вектор. Атомна та ядерна фізика. Сивухін Д.В. Отже, маємо кілька способів отримання нових векторів: множенням на константу, диференціюванням за часом, додаванням або відніманням двох векторів.

Д.В.Сівухін

ЗАГАЛЬНИЙ КУРС ФІЗИКИ. Т.V, Ч.1 АТОМНА ФІЗИКА

В основі посібника – лекції, читані автором для студентів Московського фізико-технічного інституту. Головну увагу приділено з'ясування фізичного змісту та змісту основних законів та понять атомної фізики, встановлення меж застосування цих законів, розвитку у студентів навичок фізичного мислення та вміння ставити та вирішувати конкретні завдання. Друга частина вийде 1987 р.

Для студентів фізичних та фізико-математичних факультетів університетів, фізико-технічних та інженерно-фізичних інститутів, а також тих вузів, де фізика є основною дисципліною.

Розуміння явищ атомної фізики, як і всіх явищ мікросвіту, неможливе без квантових уявлень. Тому в цьому томі зачіпаються основні поняття та принципи квантової механіки. Робиться це на основі експериментальних фактів, які тільки з повною переконливістю і змушують нас прийняти квантові уявлення. Зрозуміло, у загальній фізиці кількісного розгляду доступні найпростіші завдання. Більшість питань розглядається якісно з урахуванням загальних принципів.

У першій частині цього тому розглядаються не тільки явища, що відбуваються в електронних оболонкахатомів та молекул. Дотримуючись історичному ходурозвитку, спочатку вводиться уявлення про фотони і розглядаються оптичні явища, пов'язані з таким уявленням. Потім йде основний матеріал, що відноситься вже до атомної фізики у вузькому значенні-фізики електронних оболонок атомів. Нарешті, коротко йдеться про макроскопічні квантові явища - надплинність, надпровідність та ін. Ядерній фізиці буде присвячена друга частина цього тому.

Бройль де 94-106, 110, 112-117,

119, 120, 122, 123, 125, 126, 131, 132, 168, 169, 174, 183, 187, 225, 342, 343, 357, 372, 377

Бреґґ Генрі 92 Брегґ Лоуренс 29, 102, 103, 105, 109 Бреккет 65

Вавілов 40, 42, 44, 49, 359, 361, 398, 399

Валравен 401 Ван-дер-Ваальс 333-336, 348, 399

Ван Левен 216 Відеман 89 Вільсон 30, 51, 55 Вольта 175

Вуд 87, 90 Вульф 29, 103, 105, 109

Гайтлер 322, 327 Гамільтон 186, 285 Гаудсміт 222, 223 Гаус 51 Гейгер 48, 50

Гейзенберг 94. 123, 126, 127, 129, 131, 143

167, 184, 188, 198 Герлах 220-225, 253, 268, 400

Герц Генріх 12, 137, 229, 239, 234

Герц Густав 80, 83-86 Гінзбург 42, 43 Горьків 402 Гук 271 Даламбер 392

Дебай 28. 105. )