Презентации. Строение атома и атомного ядра
Явления и факты предшесткующие первой модели атома. Атомы Томсона, Резерфорда и Бора. Квантовые постулаты бора. Атом водорода Бора. Методы регистрации заряженных частиц. Открытие протов и нейтронов. Строение атомного ядра. Ядерные силы. Энергия связи атомных ядер. Применение ядерной энергии. Закон радиоактивного распада. Анимированные задачи.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 Строение атома | 2.65 МБ |
| Строение атомного ядра | 2.62 МБ |
| Применение ядерной энергии | 2.75 МБ |
| Энергия связи атомных ядер | 440.17 КБ |
| Закон радиоактивного распада | 418.39 КБ |
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Э лектризация тел Я вления и факты предшествующие первой модели атома 1
М айкл Ф арадей Открыл дискретность электрического заряда 2
Д.И. Менделеев 1869 г. Периодичность свойств элементов указывала на структурность 3
Спектральный анализ 4
Гелий В 1868 астроном Пьер Жансен (Франция) выявил в солнечном спектре новый элемент – гелий. На Земле он обнаружен только в 1895 г.
К рукс (англ) П еррен (фр) Открыли электрон 5
А нри Б еккерель Соли урана спонтанно дают излучение, которое не зависит ни от t 0 , ни от р, ни от воздействий полями. 1896 6
М ария Кюри П ьер Кюри Открыли торий, полоний, радий 7
В 1907 Г Мария Кюри подарила радиевому институту 1 г радия. Прошло 104 года. Вес радиоактивных атомов этого элемента уменьшился на 44 мг. А к 3507 г. от них останется половина. Т=1600 лет
М ария Кюри П ьер Кюри
Э рнст Р езерфорд 8
+ +
Дж.Дж. Томсон Открыл дискуссию о строении атома
Э рнст Р езерфорд
Из 150 000 -частиц 33 отбрасывались на угол 90 0
Р. 1099 Проверка Д.З.
Из 150 000 -частиц 33 отбрасывались на угол 90 0
С верхпроводимость
А том в одорода Б ора Н ильс Б ор
Первый постулат Бора ( постулат стационарных состояний ): + Этот постулат противоречит классической механике, согласно которой энергия электрона меняется непрерывно. Он противоречит и электродинамике, так как допускает возможность ускоренного движения ē без излучения электромагнитных волн. атом может находится только в стационарных или квантовых состояниях, которым соответствует дискретный ряд значений энергии E n . В стационарных состояниях атом не излучает.
Второй постулат Бора ( правило частот ) Второй постулат также противоречит электродинамике Максвелла, так как частота излучения определяется только изменением энергии атома и никак не зависит от характера движения электрона. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое излучается или поглощается квант, энергия которого равна разности энергий стационарных состояний: hν n m = E n – E m
Момент импульса электрона в атоме водорода может принимать только дискретные значения, кратные постоянной Планка: Третий постулат Бора ( правило квантования )
П равило О тбора 1913
Л уи-де- Б ройль Фотон Электрон 1927 г
Картина дифракции электронов на кристаллическом образце короткая экспозиции длительная экспозиция
1 щель График справа – распределение электронов на фотопластинке. Д ифракция э лектронов 2 щели
Иллюстрация идеи де Бройля возникновения стоячих волн на стационарной орбите для случая n = 4.
А том в одорода Б ора +
А том в одорода Б ора атом может находится только в стационарных или квантовых состояниях, которым соответствует дискретный ряд значений энергии E n . В стационарных состояниях атом не излучает.
А том в одорода Б ора При переходе атома из одного стационарного состояния в другое излучается или поглощается квант, энергия которого равна разности энергий стационарных состояний: h ν n m = E n – E m
+ h ν n → m
+ ИК Видимое УФ
Уровни сгущаются, дискретность переходит в непрерывность. Электрон становится свободным и может принимать любую энергию. Квантование исчезает. 1 2 3 4 h ν 1 h ν 2
7803 Пучок электронов падает перпендикулярно дифракционной решётке с периодом 14,4 мкм. В результате на фотопластинке, расположенной за решёткой параллельно ей, фиксируется дифракционная картина. Угол к направлению падения пучка, под которым наблюдается первый главный дифракционный максимум, равен 30°. Чему равна скорость электронов в пучке? Ответ выразите в м/с и округлите до десятков.
На рисунке указаны длины волн фотонов, излучаемых и поглощаемых при переходах с одного уровня на другой. Установлено, что минимальная длина волны для фотонов, излучаемых при переходах между этими уровнями, равна λ 0 =250 нм. Какова величина λ 13 если λ 32 =545 нм, λ 24 =400 нм ? Ответ: 300 нм λ 32 λ 24 λ 13 Е 4 Е 3 Е 2 Е 1
7308 Газ неон находится при температуре Т = 30 К и нормальном атмосферном давлении P = 10 5 Па. Оцените, во сколько раз при этих условиях отличаются среднее расстояние между атомами газа и их длина волны де Бройля λ.
Уровни энергии электрона в атоме водорода задаются формулой эВ. При переходе атома из состояния Е 2 в состояние Е 1 атом испускает фотон. Попав на поверхность фотокатода, этот фотон выбивает фотоэлектрон. Частота света, соответствующая красной границе фотоэффекта для материала поверхности фотокатода, ν кр =6 10 14 Гц. Чему равен максимально возможный импульс фотоэлектрона?
Уровни энергии электрона в атоме водорода задаются формулой эВ. При переходе атома из состояния Е 2 в состояние Е 1 атом испускает фотон. Попав на поверхность фотокатода, этот фотон выбивает фотоэлектрон. Частота света, соответствующая красной границе фотоэффекта для материала поверхности фотокатода, ν кр =6 10 14 Гц. Чему равен максимально возможный импульс фотоэлектрона?
Йоханнес Роберт Ридберг R - постоянная Ридберга. 1890 год
Трудности теории Бора
А рнольд З оммерфельд Обобщил теорию Бора на случай эллиптических орбит с учётом релятивистских поправок и объяснил тонкую структуру спектров водородного атома.
«Эффект Паули» Вольфганг Паули был стопроцентным теоретиком. Его неспособность обращаться с любым экспериментальным оборудованием вошла у друзей в поговорку. Утверждали даже, что ему достаточно просто войти в лабораторию, чтобы в нем что-нибудь сразу же переставало работать. Это мистическое явление окрестили «эффектом Паули» (в отличие от знаменитого «принципа Паули» в квантовой теории). Из документально зарегистрированных проявлении эффекта Паули самым поразительным, несомненно, является следующий. Однажды в лаборатории Джеймса Франка в Геттингеие произошел настоящий взрыв, разрушивший дорогую установку. Время этого ЧП было точно зафиксировано. Как потом оказалось, взрыв произошел именно в тот момент, когда поезд, в котором Паули следовал из Цюриха в Копенгаген, остановился на 8 минут в Геттингеие. В ольфганг П аули В одном квантовом состоянии может находиться только один электрон
В е рнер Г ейзенберг 1927
Э рвин Ш редингер
М акс П ланк Е = h
U н 0 t 0 2 > t 0 1 t 0 1 mA V ВАХ вакуумного диода Все заряды, рожденные термоэлектронной эмиссией, достигают анода.
0 mA V Опыты Франка и Герца
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
С четчик Г ейгера
С четчик Г ейгера ВАХ газового разряда
m А V ВАХ газового разряда I , мА I н U , В U зажигания несамостоятельный разряд самостоятельный разряд
Вторичная (катодная) электронная эмиссия С четчик Г ейгера
За это изобретение ему в 1927 г. присуждена Нобелевская премия. Ч арльз В ильсон в 1912 г. изобрел «туманную камеру»
Фотоаппарат Черный влажный бархат Адиабатное расширение Насыщенный пар Перенасыщенный пар К амера В ильсона
- + + + + - - - - r 1 r 2
Э рнст Р езерфорд
Открытие протонов. 1919 Резерфорд x y ЗСЭЗ ЗСМ ЗСИ х: ЗСИ у: Длина треков Толщина треков
Д жеймс Ч едвик
1932 Опыты Чедвика
Открытие нейтронов. 1932 Д.Чедвик п а р а ф и н Состав парафина: от С 18 Н 38 до С 35 Н 72
q=0 m=1,6749 ∙10 -27 кг =1,00866 а.е.м. + протон нейтрон q=1,6∙10 -19 Кл m=1,6726 ∙10 -27 кг =1,00728 а.е.м. электрон - q=1,6∙10 -19 Кл m= 9 , 1095 ∙10 - 31 кг =0,00055 а.е.м.
электрон
+ - ЧАСТИЦА +
Ядерные силы Не зависят от заряда F я ≈100 F эм r >4,2 Ф F →0 На r ≈ 1, 4 Ф F 1 < < F 2 на r ≈ 1 Ф r > 0 , 7 Ф притяжение r < 0 , 7 Ф отталкивания Взаимодействуют только «соседи» Не являются центральными 10 -15 м=1Ф (Ферми)
Д ефект м асс Э нергия с вязи а томного я дра:
Z Символ Атомная масса 0 n 1,00866 1 H 1,00783 9 F 18,99841
Z Символ Атомная масса 0 n 1,00866 1 H 1,00783 8 O 16,99913
синтез деление Зависимость удельной энергии связи ядра от числа нуклонов 10 5 11 В стр. 309 11 А стр. 382
Четно-четные ядра Нечетно-нечетные ядра «Железный холм» Уменьшение удельной энергии связи у легких ядер объясняется: … Уменьшение удельной энергии связи у тяжелых ядер объясняется: … Из графика следуют два способа получения ядерной энергии: + Нет связей + 0,5 связи на 1 нуклон + + 1 связь на 1 нуклон + + 1,5 связи на 1 нуклон
Т ипы взаимодействий Г равитационное Э лектромагнитное С лабое С ильное (ядерное) 1 10 38 10 28 10 40
Z Символ А Атомная масса 0 n 1 1,00866 1 H 1 1,00783 D 2 2,01410 T 3 3,01605 2 He 3 3,01603 4 4,00260 3 Li 6 6,01513 7 7,01601 4 Be 8 8,00531 9 9,01219 5 B 10 10,01294 11 11,00931 6 C 12 12,00000 13 13,00335 14 14,00324 7 N 14 14,00324 15 15,00011 8 O 16 15,99492 17 16,99913 9 F 19 18,99841 10 Ne 20 19,99244 11 Na 23 22,98977 12 Mg 24 23,98505 13 Al 27 26,98670 15 P 30 29,97832 Р. 1211, 1214, 1215
Ядро претерпело ряд α - и β -распадов . В результате образовалось ядро Определите число α -распадов β -распадов . - частица + +
Z Символ Атомная масса 0 n 1,00866 1 H 1,00783 8 O 16,99913
протон нейтрон
электрон
+ + + + + +
Альфа-распад или
Бета-распад
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Ц епная ядерная реакция
Э нрико Ф ерми (Нобелевская премия 1938) предложил использовать нейтроны для ядерных реакций: 1934
Установили, что при бомбардировке урана нейтронами образуются элементы средней группы О тто Ган Ф. Ш трассман 1939
? Л. М ейтнер О. Ф риш Объяснили эту реакцию: 1939
При делении одного ядра урана 235 освобождается энергия 200МэВ=3,2 · 10 -11 Дж ! Е к осколков 2,6 · 10 -11 Дж. Е к нейтронов 0,1 · 10 -11 Дж. - Излучения 0,5 · 10 -11 Дж. - Излучения.
При делении одного ядра урана 235 освобождается энергия 200 МэВ. Сколько энергии освободится при цепной реакции в образце этого изотопа массой 1 кг? Сколько надо сжечь ДТ, чтобы получить такое же количество энергии? Нальем нефть в цистерны: 1 2 3 4
При бомбардировке нейтронами U образуются 80 различных ядер. Наиболее вероятное деление:
При захвате нейтрона ядро переходит в неустойчивое состояние:
К.А. Петржак Открыли спонтанную ядерную реакцию 1940 Г.Н. Флеров
Kr Ba n 0 n 0 U
Цепная ядерная реакция
5. 1939,1941 Война
И горь В асильевич К урчатов
И зотопы у рана Природный уран содержит 99,3 % и 0,7% делится как быстрыми, так и медленными нейтронами не захватывает медленные нейтроны захватывает 4/5 быстрых нейтронов без деления 1/5 быстрых нейтронов вызывает деление Цепная реакция с изотопом невозможна Природный уран надо обогащать
к зависит от: 1. Вылета нейтронов наружу. 2. Захвата нейтронов конструкцией. 3. Захвата нейтронов 238 U без деления. 4. Захвата нейтронов 23 5 U с делением. К оэффициент р азмножения н ейтронов
Как изменяется площадь поверхности? к
Неуправляемая k >1
К ритическая м асса минимальное количество делящегося вещества, необходимое для начала самоподдерживающейся цепной реакции деления Плутониевый шар Блоки из карбида вольфрама.
Критическая масса шарообразного образца изотопа урана 235 равна 60 кг. Каков критический объем этого изотопа? Каков диаметр уранового шара, способного взрываться? Плотность урана 18000 кг/м 3 .
Применение неуправляемой реакции деления
и Динамит
Принципиальная схема реактора РЕГУЛИРУ-ЮЩИЕ СТЕРЖНИ H 2 O ПАРОГЕНЕРАТОР ГЕНЕРАТОР ТУРБИНА ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ ПАР ОТРАЖАТЕЛЬ ЗАЩИТА ОТ РАДИАЦИИ ЯДЕРНОЕ ГОРЮЧЕЕ И ЗАМЕДЛИТЕЛЬ КОНДЕНСАТОР
Типы реакторов Исследовательские. Энергетические. Воспроизводящие (реакторы на быстрых нейтронах). Транспортные. Реакторы для получения изотопов различных химических элементов.
1 - верхний блок 2 - привод СУЗ 3 - шпилька 4 - труба для загрузки 5 - уплотнение 6 - корпус реактора 7 - блок защитных труб 8 - шахта 9 - выгородка 10 - топливные сборки a) - теплоизоляция реактора b) - крышка реактора c) - регулирующие стержни d) - топливные стержни
? ? Производство плутония При «сжигании» 1кг получают 1,5 кг из 1,5 кг
Производство плутония
При делении одного ядра урана 235 освобождается энергия 200МэВ. Сколько энергии освободится при цепной реакции в образце этого изотопа массой 1 кг? Сколько надо сжечь ДТ, чтобы получить такое же количество энергии? Нальем нефть в цистерны: 1 2 3 4
Стакан воды вместо бочки бензина
Сколько энергии освободится в реакции: ? 1 Z Символ Атомная Масса 0 n 1,00866 1 D 2,01410 1 T 3,01605 2 He 4,00260 2 3 Синтезируем 1 кг гелия: 4 Сравним с распадом 1 кг урана: 5
+ + На какое минимальное расстояние может приблизиться к ядру гелия протон, движущийся к нему со скоростью 4 · 10 6 м/ c ? +
+ + Для слияния ядер необходимо, чтобы частицы сблизились на 10 -14 м. Оценим температуру, при которой это возможно. + r min
М аксвелл Д жеймс К лерк (1831–79)
Холодный термоядерный синтез D 2 +T 3
Схема термоядерной электростанции с использованием пучкового или лазерного драйвера
Однако, если t меньше 10 -6 c возможно: t=10 -6 c
При делении одного ядра урана 235 освобождается энергия 200МэВ. Сколько энергии освободится при цепной реакции в образце этого изотопа массой 10 кг, если при этом делится 0,2 % содержащихся в нем ядер? Определить мощность взрыва, если реакция длилась 2 · 10 -6 с.
Найти длину волны де Бройля для электронов, прошедших разность потенциалов 6 00 вольт.
Мощность атомной электростанции 500 МВт и КПД 20 %. Определить годовой расход урана 235, если при каждом акте распада выделяется 200 МэВ энергии.
Написать реакцию α-распада радия Сравнить импульсы и кинетические энергии образовавшихся ядер. До распада ядро радия покоилось.
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Д ефект м асс Э нергия с вязи а томного я дра:
Ядро претерпело ряд α - и β -распадов . В результате образовалось ядро . Определите число α -распадов β -распадов . - частица + +
Z Символ Атомная масса 0 n 1,00866 1 H 1,00783 9 F 18,99841
Z Символ Атомная масса 0 n 1,00866 1 H 1,00783 8 O 16,99913
синтез деление Зависимость удельной энергии связи ядра от числа нуклонов 10 5 11 В стр. 309 11 А стр. 382
Четно-четные ядра Нечетно-нечетные ядра «Железный холм» Уменьшение удельной энергии связи у легких ядер объясняется: … Уменьшение удельной энергии связи у тяжелых ядер объясняется: … Из графика следуют два способа получения ядерной энергии: + Нет связей + 0,5 связи на 1 нуклон + + 1 связь на 1 нуклон + + 1,5 связи на 1 нуклон
Z Символ А Атомная масса 0 n 1 1,00866 1 H 1 1,00783 D 2 2,01410 T 3 3,01605 2 He 3 3,01603 4 4,00260 3 Li 6 6,01513 7 7,01601 4 Be 8 8,00531 9 9,01219 5 B 10 10,01294 11 11,00931 6 C 12 12,00000 13 13,00335 14 14,00324 7 N 14 14,00324 15 15,00011 8 O 16 15,99492 17 16,99913 9 F 19 18,99841 10 Ne 20 19,99244 11 Na 23 22,98977 12 Mg 24 23,98505 13 Al 27 26,98670 15 P 30 29,97832 Р. 1211, 1214, 1215 54,9380451-25 0,00055 m=1,6726 ∙10 -27 кг =1,00728 а.е.м
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Период полураспада Т – интервал времени, в течение которого распадается половина ядер данного элемента. 2 T T 0 3 T 4 T 5 T 6 T t
Закон радиоактивного распада t=0 t=T t=2T t= nT было осталось Распалось:
Через сколько времени распадется 60% атомов , если его период полураспада 30 лет.
Радиоактивный изотоп углерода 14 в старом куске дерева составляет 0, 1 массы этого изотопа в живых растениях. Каков возраст этого куска? Период полураспада углерода 14 равен 5730 годам.
В открытый контейнер объёмом 80 мл поместили изотоп полония . Затем контейнер герметично закрыли. Изотоп полония радиоактивен и претерпевает альфа-распад с периодом полураспада примерно 140 дней, превращаясь в стабильный изотоп свинца. Через 5 недель давление внутри контейнера составило 1,3 10 5 Па. Какую массу полония первоначально поместили в контейнер? Температура внутри контейнера поддерживается постоянной и равна 45 °С. Атмосферное давление равно 10 5 Па. Ответ: 1,2 г
4152 Пациенту ввели внутривенно дозу раствора, содержащего изотоп . Активность этого раствора 0 = 2000 распадов в секунду. Период полураспада изотопа равен Т=15,3 ч. Через t = 3,5 ч. активность 1 см 3 крови пациента стала =0,28 распадов в секунду. Каков объём введённого раствора, если общий объём крови пациента 6 л? Переходом ядер изотопа из крови в другие ткани организма пренебречь. Ответ : 1 см 3
Через сколько времени распадется атомов , если его период полураспада 30 лет.