"atom" dan "nuklir, elektron, Fisika atom, Gelombang elektronik
Fisika atom
Fisika atom adalah bidang ilmu fisika yang mempelajari atom sebagai sistem terisolasi dari elektron dan inti atom. Fisika atom terkait dengan konfigurasi elektron dan proses yang menyebabkan konfigurasi ini berubah. Hal ini termasuk hubungan ion dan atom netral.
Istilah "fisika atom" seringkali dikaitkan dengan kekuatan nuklir dan bom nuklir, karena sinonim antara "atom" dan "nuklir". Namun, ahli fisika membuat perbedaan antara fisika atom, yang bekerja dengan atom dalam tingkatan inti atom dan elektron, dan fisika nuklir, yang bekerja dengan inti atom saja.
George Paget Thomson
Sir George Paget Thomson FRS (Cambridge, 3 Mei 1892 – idem, 10 September 1975) ialah seorang fisikawan Inggris pemenang Nobel Fisika untuk penemuan sifat gelombang elektron melalui difraksi elektron.
George Thomson adalah putera Nobelis Joseph John Thomson.
Ia belajar matematika dan fisika di Trinity College hingga pecahnya Perang Dunia I pada tahun 1914, ketika ia ditugaskan ke Queen's Royal West Surrey Regiment. Setelah dinas di Perancis, ia mempelajari aerodinamika.
Kemudian ia bekerja di Cambridge dan Aberdeen. Pada tahun 1937 ia dianugerahi Nobel Fisika untuk penelitian sifat gelombang elektron. Ia membagi hadiah tersebut bersama Clinton Davisson yang juga melakukan penelitian yang sama secara terpisah. Pada tahun 1960 ia dianugerahi Faraday Medal.
Gelombang elektronik
Sejak November lalu, saya telah lama ingin mengungkapkan secara pribadi terima kasih kepada kemurahan hati Alfred Nobel, kepada siapa saya berutang bahwa saya istimewa berada di sini hari ini, terutama karena penyakit mencegah saya dari melakukan hal itu pada waktu yang tepat. Idealisme yang meresap karakter membawanya untuk membuat fondasi megah untuk kepentingan kelas laki-laki dengan yang tujuan dan sudut pandang ilmiah naluri sendiri dan kemampuan yang membuatnya secara alami simpatik, tapi dia pasti setidaknya sebanyak peduli dengan membantu ilmu secara keseluruhan, sebagai ilmuwan individu. Yang yayasannya telah sukses di pertama seperti pada kedua, adalah karena cara di mana keinginannya telah dilakukan. Orang-orang Swedia, di bawah kepemimpinan keluarga kerajaan, dan melalui media Royal Academy of Sciences, telah membuat Hadiah Nobel salah satu penyebab utama dari pertumbuhan prestise ilmu di mata dunia, yang fitur waktu kita. Sebagai penerima kemurahan hati Nobel Aku berutang tulus terima kasih kepada mereka serta kepadanya.
Dewi pembelajaran dongeng telah bermunculan penuh berkembang dari otak Zeus, tetapi jarang bahwa konsepsi ilmiah lahir dalam bentuk akhirnya, atau memiliki orang tua tunggal. Lebih sering itu adalah produk dari serangkaian pikiran, masing-masing pada gilirannya memodifikasi ide-ide dari orang-orang yang datang sebelum, dan menyediakan bahan bagi mereka yang datang setelah. Elektron tidak terkecuali.
Meskipun Faraday tampaknya tidak menyadari hal itu, karyanya pada elektrolisis, dengan menunjukkan karakter Kesatuan biaya pada atom dalam larutan, adalah langkah pertama. Clerk Maxwell pada tahun 1873 menggunakan frase "molekul listrik" dan von Helmholtz pada 1881 berbicara tentang pekerjaan Faraday mengatakan "Jika kita menerima hipotesis bahwa zat dasar terdiri dari atom, kita tidak bisa dengan baik menghindari menyimpulkan bahwa listrik juga dibagi menjadi bagian dasar yang berperilaku seperti atom dari listrik. " Atom hipotetis menerima nama di tahun yang sama ketika Johnstone Stoney dari Dublin dibaptis "elektron", tapi sejauh ini satu-satunya properti tersirat adalah muatan elektron.
Tahun terakhir abad kesembilan belas melihat elektron mengambil tempat terkemuka di antara konsepsi fisika. Ini diperoleh tidak hanya massa tetapi universalitas, itu tidak hanya listrik tetapi merupakan bagian penting dari semua materi. Jika di antara banyak nama-nama yang terkait dengan muka ini saya menyebutkan bahwa JJ Thomson Saya harap Anda akan memaafkan kebanggaan alami. Ini adalah pekerjaan besar Bohr bahwa kita berutang demonstrasi hubungan antara elektron dan kuantum Planck yang memberikan elektron dinamika tersendiri. Beberapa tahun kemudian, Goudsmit dan Uhlenbeck, berikut saran yang sebelumnya oleh AH Compton menunjukkan bahwa itu perlu untuk menganggap bahwa elektron memiliki berputar. Namun bahkan dengan sifat-sifat muatan, massa, berputar dan mekanik khusus untuk membantu, elektron tidak dapat membawa beban menjelaskan massa yang besar dan rinci dari data eksperimen yang telah terkumpul. L. de Broglie, bekerja awalnya pada teori radiasi, diproduksi sebagai semacam oleh-produk konsepsi bahwa setiap partikel dan khususnya elektron, dikaitkan dengan sistem gelombang. Hal ini dengan gelombang ini, dirumuskan lebih tepatnya oleh Schrödinger, dan dimodifikasi oleh Dirac untuk menutupi ide spin, bahwa sisa kuliah saya akan menangani.
Percobaan pertama kali diterbitkan untuk mengkonfirmasi teori de Broglie adalah mereka dari Davisson dan Germer, tapi mungkin Anda akan memungkinkan saya untuk menggambarkan sebaliknya mereka yang murid saya dan saya dipimpin oleh zaman pembuatan konsepsi de Broglie.
Sebuah sinar sempit sinar katoda ditransmisikan melalui film tipis dari materi. Dalam percobaan awal almarhum Bapak Reid film ini adalah seluloid, dalam percobaan saya sendiri logam. Dalam kedua, ketebalan adalah dari urutan 10-6 cm. Balok tersebar diterima di piring fotografi normal balok, dan ketika dikembangkan menunjukkan pola cincin, mengingat lingkaran cahaya optik dan cincin Debye-Scherrer terkenal dalam percobaan yang sesuai dengan sinar-X. Sebuah fenomena interferensi sekaligus disarankan. Hal ini akan terjadi jika setiap atom film tersebar di fase wavelet dari gelombang maju terkait dengan elektron membentuk sinar katoda. Karena atom di setiap kristal kecil logam secara teratur spasi, tahapan wavelet tersebar di segala arah tetap akan memiliki hubungan yang pasti satu sama lain. Dalam beberapa arah mereka akan setuju pada fase dan membangun gelombang tersebar kuat, di lain mereka akan menghancurkan satu sama lain dengan gangguan. Gelombang yang kuat analog dengan berkas cahaya difraksi oleh kisi optik. Pada saat itu, susunan atom dalam seluloid tidak diketahui dengan pasti dan hanya kesimpulan umum dapat ditarik, tetapi untuk logam itu telah ditentukan sebelumnya dengan menggunakan sinar-X. Menurut teori de Broglie panjang gelombang yang terkait dengan sebuah elektron adalah h / mv yang untuk elektron yang digunakan (sinar katoda dari 20 sampai 60.000 volt energi) keluar dari 8 X 10-9 sampai 5 X 10-9 cm. Saya tidak ingin masalah Anda dengan angka rinci dan itu akan cukup untuk mengatakan bahwa pola pada pelat fotografi yang disepakati secara kuantitatif, dalam semua kasus, dengan distribusi gelombang tersebar kuat dihitung dengan metode yang saya telah menunjukkan. Perjanjian ini baik untuk keakuratan eksperimen yang sekitar 1%. Tidak ada konstan disesuaikan, dan pola mereproduksi bukan hanya fitur umum dari pola X-ray, tetapi rincian karena pengaturan khusus dari kristal dalam film yang diketahui terjadi dari penyelidikan sebelumnya dengan sinar-X. Kemudian kerja telah cukup mengkonfirmasi kesimpulan ini, dan ribuan foto-foto telah diambil dalam sendiri dan lainnya laboratorium saya tanpa perselisihan dengan teori yang ditemukan. Akurasi meningkat dengan peningkatan aparatur, mungkin pekerjaan yang paling akurat adalah bahwa dari v. Friesen dari Uppsala yang telah menggunakan metode dalam penentuan presisi e di mana ia mencapai akurasi saya di 1.000.
Sebelum membahas implikasi teoritis hasil ini ada dua modifikasi dari percobaan yang harus disebutkan. Dalam satu, elektron setelah melewati film dikenai medan magnet seragam yang mengalihkan mereka. Hal ini ditemukan bahwa elektron yang berdampak pada bentuk piring pola dering yang dibelokkan sama dengan orang-orang yang telah melewati lubang di film. Jadi pola ini disebabkan elektron yang telah diawetkan berubah milik yang dibelokkan oleh magnet. Ini membedakan efek dari apa yang dihasilkan oleh sinar-X dan menunjukkan bahwa itu adalah properti yang benar elektron. Titik lain adalah salah satu praktis, untuk menghindari kebutuhan untuk mempersiapkan film yang sangat tipis yang diperlukan untuk mengirimkan elektron, aparat telah dirancang untuk bekerja dengan refleksi, elektron mencolok permukaan difraksi dengan kesudutan kecil. Tampaknya bahwa dalam banyak kasus pola yang diperoleh benar-benar karena elektron ditularkan melalui proyeksi kecil di permukaan. Dalam kasus lain, misalnya ketika permukaan pembelahan kristal yang digunakan, cerminan sejati terjadi dari pesawat Bragg.
Teori de Broglie dalam bentuk yang diberikan oleh Schrödinger yang sekarang dikenal sebagai gelombang mekanik dan merupakan dasar fisika atom. Ini telah diterapkan untuk berbagai macam fenomena dengan sukses, tetapi karena sebagian besar kesulitan matematika tidak ada banyak kasus di mana perbandingan yang akurat adalah mungkin antara teori dan eksperimen. Difraksi elektron cepat dengan kristal adalah jauh tes numerik terberat yang telah dibuat dan oleh karena itu penting untuk melihat apa kesimpulan perjanjian yang sangat baik antara teori dan eksperimen ini memungkinkan kita untuk menggambar.
Perhitungan sejauh identik dengan orang-orang dalam kasus yang sesuai dari difraksi sinar-X. Satu-satunya asumsi yang dibuat dalam menentukan arah dari balok difraksi adalah bahwa kita harus berurusan dengan kereta dari gelombang kedalaman yang cukup dan dengan pesawat gelombang-depan memperluas lebih sejumlah besar atom. Minimum perpanjangan dari samping sistem gelombang dan frontways dapat ditemukan dari ketajaman garis. Mengambil v. Tokoh Friesen, itu setidaknya 225 gelombang dari belakang ke depan atas depan lebih dari 200 Å setiap jalan.
Tapi masalah sebenarnya datang ketika kita mempertimbangkan makna fisik dari gelombang. Bahkan, seperti yang telah kita lihat, elektron menghitamkan pelat fotografi di tempat-tempat di mana gelombang akan menjadi kuat. Setelah Bohr, Lahir, dan Schrödinger, kita dapat mengungkapkan hal ini dengan mengatakan bahwa intensitas gelombang di setiap tempat mengukur probabilitas sebuah elektron mewujudkan dirinya di sana. Pandangan ini diperkuat oleh pengukuran intensitas relatif dari cincin, yang setuju dengan baik dengan perhitungan oleh Mott berdasarkan persamaan Schrödinger. Seperti pandangan, namun sukses sebagai pernyataan resmi yang berbeda dengan semua ide biasa. Mengapa sebuah partikel hanya muncul di tempat-tempat tertentu yang berkaitan dengan satu set gelombang? Mengapa gelombang harus menghasilkan efek hanya melalui media partikel? Untuk itu harus ditekankan bahwa dalam percobaan ini setiap elektron hanya peka pelat fotografi di satu wilayah menit, tapi di daerah yang memiliki kekuatan yang sama penetrasi dan tindakan fotografi seolah-olah itu tidak pernah difraksi. Kita tidak dapat menganggap bahwa energi didistribusikan ke seluruh gelombang seperti pada suara atau air gelombang, gelombang hanya efektif di satu tempat di mana elektron muncul. Sisanya adalah semacam hantu. Setelah partikel telah muncul gelombang menghilang seperti mimpi ketika tidur terbangun. Namun gerak elektron, tidak seperti yang dari partikel Newton, dipengaruhi oleh apa yang terjadi di seluruh depan gelombang, seperti yang ditunjukkan oleh efek dari ukuran kristal pada ketajaman pola. Perbedaan sudut pandang adalah fundamental, dan kami harus menghadapi istirahat dengan ide-ide mekanik biasa. Partikel belum trek yang unik, energi dalam gelombang ini tidak didistribusikan terus menerus, kemungkinan tidak determinisme mengatur alam.
Tapi sementara menekankan perubahan mendasar dalam pandangan, yang saya percaya untuk mewakili suatu kemajuan dalam konsepsi fisik, saya ingin menunjukkan beberapa cara di mana fenomena baru sesuai dengan kerangka dulu lebih baik dari sering direalisasikan. Ambil kasus pengaruh ukuran kristal pada ketajaman balok terdifraksi, yang baru saja kita sebutkan. Pada teori gelombang itu hanya contoh dari fakta bahwa kisi difraksi dengan hanya beberapa baris memiliki kekuatan menyelesaikan miskin. Dua kali lipat jumlah garis dan ketajaman balok difraksi dua kali lipat juga. Namun jika sudah ada banyak baris, perubahan sudut kecil. Tapi bayangkan partikel bertindak dengan bahan yang membentuk celah dari kisi, dan kira kekuatan seperti membelokkan ke salah satu balok terdifraksi. Pasukan karena bahan putaran celah dekat satu yang dilaluinya akan menjadi yang paling penting, peningkatan jumlah celah akan mempengaruhi gerak tetapi defleksi sudut karena menambahkan celah berturut-turut akan berkurang sebagai nomor peningkatan. Hukum adalah karakter yang sama, meskipun tidak ada hukum yang sederhana kekuatan akan mereproduksi efek gelombang kuantitatif.
Demikian pula untuk panjang kereta gelombang. Jika ini dibatasi oleh rana bergerak begitu cepat untuk membiarkan hanya kereta gelombang pendek melewati, teori gelombang akan mengharuskan kecepatan partikel akan pasti pada rentang meningkat dengan sesak kereta gelombang, dan sesuai dengan kisaran panjang gelombang yang ditunjukkan oleh analisis Fourier dari kereta. Tapi gerakan rana mungkin akan diharapkan untuk mengubah kecepatan dari partikel melewati, sebelum ditutup.
Sekali lagi, pada tampilan baru itu adalah murni masalah kesempatan di mana balok terdifraksi dari perintah yang berbeda elektron muncul. Jika fenomena tersebut dinyatakan sebagai gerakan klasik partikel, ini akan harus bergantung pada gerakan awal partikel, dan tidak ada kemungkinan untuk menentukan gerak awal ini tanpa mengganggu itu putus asa. Tampaknya ada alasan mengapa orang-orang yang lebih suka tidak harus menganggap difraksi elektron sebagai gerakan partikel diatur oleh undang-undang yang mensimulasikan karakter gelombang, tetapi selain karakter bukan buatan hukum gerak, kita harus menganggap penting bagi kondisi awal rinci gerak yang, sejauh pengetahuan kita sekarang pergi, yang selalu mampu yang ditentukan. Saya cenderung oleh alam dalam mendukung penjelasan yang paling mungkin mekanik, tapi saya merasa bahwa pandangan ini agak canggung dan bahwa mungkin yang terbaik, karena hal ini tentunya lebih aman, untuk menjaga ketat dengan fakta dan menganggap persamaan gelombang hanya sebagai cara untuk memprediksi hasil eksperimen. Namun demikian, pandangan saya telah membuat sketsa sering membantu dalam berpikir masalah ini. Kami ingin tahu dekat posisi yang mengambil Newton lebih teori optik, panjang dibenci tapi sekarang terlihat jauh lebih dekat kebenaran daripada saingan dan penerusnya.
"Mereka yang menolak dari MENYETUJUI untuk setiap Discoveries baru, tapi seperti mereka bisa menjelaskan oleh Hipotesis, mungkin untuk kira saat ini, bahwa sebagai Stones dengan jatuh di atas air menempatkan Air menjadi Gerak bergelombang, dan semua Badan dengan perkusi membangkitkan getaran di Air: sehingga Rays of Light, dengan menimpa pembiasan atau mencerminkan Permukaan, membangkitkan getaran di pembiasan atau mencerminkan Medium atau zat, banyak setelah cara yang getaran yang disebarkan di udara untuk menyebabkan suara, dan bergerak lebih cepat daripada sinar sehingga menyalip mereka, dan bahwa ketika setiap Ray adalah di bagian getaran yang bersekongkol dengan Motion, ia dengan mudah menerobos Permukaan pembiasan, tapi ketika itu adalah di bagian sebaliknya dari getaran yang menghambat gerak, ia mudah tercermin, dan, oleh konsekuensi, bahwa setiap Ray berturut-turut dibuang untuk dapat dengan mudah tercermin, atau mudah menular, oleh setiap getaran yang menyusul itu Tapi apakah Hipotesis ini benar atau salah saya tidak di sini menganggap "..
Meskipun percobaan di difraksi mengkonfirmasi begitu indah teori gelombang de Broglie-Schrödinger, posisi kurang memuaskan dalam hal teori diperpanjang karena Dirac. Pada teori ini elektron memiliki sifat magnetik dan gelombang memerlukan empat jumlah bukannya satu untuk spesifikasi. Ini memenuhi kebutuhan tersebut spektroskopi yang menyebabkan penemuan elektron berputar. Ini menunjukkan bahwa bagaimanapun gelombang elektronik dapat terpolarisasi dan bahwa gelombang terpolarisasi mungkin berinteraksi dengan materi secara anisotropik. Bahkan perhitungan rinci oleh Mott menunjukkan bahwa jika Dirac elektron dari 140 kV energi tersebar dua kali melalui 90 ° dengan inti atom emas intensitas sinar yang tersebar akan berbeda dengan 16% menurut apakah dua hamburan berada di sama atau di arah berlawanan. Percobaan oleh Dymond dan sendiri telah menetapkan independen yang tidak berpengaruh dari pesanan ini besarnya ada, saat hamburan dilakukan dengan foil emas. Meskipun ada kemungkinan kecil bahwa elektron circumnuclear, atau organisasi dari atom menjadi kristal mungkin mempengaruhi hasilnya, tampaknya sangat tidak mungkin. Beberapa teori telah tiba di hasil yang bertentangan dengan Mott, tapi aku mengerti bahwa pekerjaan mereka telah ditemukan mengandung kesalahan. Saat ini tampaknya tidak ada penjelasan tentang perbedaan ini yang melempar keraguan pada validitas persamaan Dirac terlepas dari keberhasilan mereka dalam memprediksi elektron positif.
Saya harus minta maaf untuk meninggalkan Anda dengan kesan bahwa difraksi elektron adalah menarik hanya untuk mereka yang peduli dengan dasar-dasar fisika. Ini memiliki aplikasi praktis penting untuk mempelajari efek permukaan. Anda tahu bagaimana difraksi sinar-X telah memungkinkan untuk menentukan susunan atom dalam berbagai padatan dan bahkan cairan. Sinar-X sangat menembus, dan struktur khas permukaan tubuh akan cenderung diabaikan, untuk efek yang dibanjiri dalam massa jauh lebih besar dari bahan yang mendasari. Elektron hanya mempengaruhi lapisan beberapa atom, atau paling puluhan atom, ketebalan, dan begitu juga nyata cocok untuk tujuan tersebut. Posisi balok terdifraksi dari permukaan memungkinkan kita, setidaknya dalam banyak kasus, untuk menentukan susunan atom dalam permukaan. Di antara banyak kasus yang telah dipelajari Saya hanya waktu untuk merujuk ke salah satu, keadaan permukaan logam dipoles. Beberapa tahun yang lalu Sir George Beilby menyarankan bahwa ini menyerupai cairan superdingin yang mengalir di bawah tekanan polishing. Serangkaian percobaan dengan difraksi elektron dilakukan di Imperial College di London telah mengkonfirmasi kesimpulan ini. Karya terbaru karena Dr. Cochrane telah menunjukkan bahwa meskipun lapisan amorf ini stabil pada suhu biasa asalkan tetap tetap dengan massa logam, itu tidak stabil ketika dihapus, dan recrystalizes setelah beberapa jam. Bekerja dengan Profesor Finch pada baris ini telah menyebabkan kesimpulan yang berharga untuk memakai pada permukaan silinder dan piston di mesin bensin.
Hal ini sesuai dengan karakter universal ilmu fisik yang ini cabang kecil tunggal harus menyentuh di satu sisi pada dasar-dasar filsafat ilmiah dan di sisi lain, pertanyaan dari kehidupan sehari-hari.
Dari Nobel Lectures, Fisika 1922-1941, Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1965
0 komentar :
Post a Comment
Silahkan Berkomentar Sesuai Dengan Topik, Jangan Menggunakan Kata-Kata Kasar, Komentar Dengan Link Aktif Tidak Akan Dipublikasikan
ttd
Admin Blog