1 НЕКЛАССИЧЕСКОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ Спектры поглощения и излучения доклад на Общие темы

Доклад раскрывает тему "1 НЕКЛАССИЧЕСКОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ Спектры поглощения и излучения".
Презентация поможет подготовится к предмету Общие темы, может быть полезна как ученикам и студентам, так и преподавателям.
Материал представлен на 55 страницах, оформлен в виде презентации, доступен для скачивания и просмотра онлайн.

Навигация по документу

Страница №1
НЕКЛАССИЧЕСКОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ
Страница №2
Спектры поглощения и излучения (1805-1814)
Спектры поглощения и излучения (1805-1814)
Страница №3
Скорость реакции пропорциональна е —E/RT,
Скорость реакции пропорциональна е —E/RT,
Страница №4
Информация вложена в изображении слайда
Страница №5
Теория эволюции Ч.Дарвина (1859)
Теория эволюции Ч.Дарвина (1859)
Страница №6
Законы наследственности Г.Менделя (1865) 
Случайное сочетание несцепленных генов при образовании гамет
Случайные сочетания «М» и «Ж» гамет при образовании зиготы
Законы наследственности Г.Менделя (1865) Случайное сочетание несцепленных генов при образовании гамет Случайные сочетания «М» и «Ж» гамет при образовании зиготы
Страница №7
ПЕРЕКРЕСТ ХРОМОСОМ
ПЕРЕКРЕСТ ХРОМОСОМ
Страница №8
Мутации 
Мутации 
(от лат. mutatio — изменение, перемена)
Мутации Мутации (от лат. mutatio — изменение, перемена)
Страница №9
1869.Таблица Д.И.Менделеева (63 элемента) 
Периодическая повторяемость химических и физических свойств элементов
1869.Таблица Д.И.Менделеева (63 элемента) Периодическая повторяемость химических и физических свойств элементов
Страница №10
Открытие радиоактивности. Л.Беккерель (1896)
Открытие радиоактивности. Л.Беккерель (1896)
Страница №11
Открытие 
Дж. Дж. Томсоном электрона (1897)
«…Получается значение заряда, не зависящее от природы газа, так как носители заряда те же самые для любого газа. Таким образом, катодные лучи представляют собой новое состояние материи, состояние, в котором деление материи идет много дальше, чем в случае обычного газообразного состояния, ... эта материя представляет собой то вещество, из которого построены все химические элементы».
Открытие Дж. Дж. Томсоном электрона (1897) «…Получается значение заряда, не зависящее от природы газа, так как носители заряда те же самые для любого газа. Таким образом, катодные лучи представляют собой новое состояние материи, состояние, в котором деление материи идет много дальше, чем в случае обычного газообразного состояния, ... эта материя представляет собой то вещество, из которого построены все химические элементы».
Страница №12
Содержание «неклассики»
Проблема точности измерения, места и роли исследователя
Содержание «неклассики» Проблема точности измерения, места и роли исследователя
Страница №13
Ультрафиолетовая катастрофа.
Теория теплового излучения абсолютно черного тела 
М. Планка. 1900 г.
Ультрафиолетовая катастрофа. Теория теплового излучения абсолютно черного тела М. Планка. 1900 г.
Страница №14
Теория фотоэффекта 
(1905. А.Эйнштейн) 

Не только излучение, но и поглощение энергии дискретно!
ħω = А + Е
Теория фотоэффекта (1905. А.Эйнштейн) Не только излучение, но и поглощение энергии дискретно! ħω = А + Е
Страница №15
Луи Виктор Пьер Раймон ДЕ БРОЙЛЬ
 1924. Новая модель микрообъектов:
свойства континуума у корпускулярных объектов
Луи Виктор Пьер Раймон ДЕ БРОЙЛЬ 1924. Новая модель микрообъектов: свойства континуума у корпускулярных объектов
Страница №16
В эксперименте  с частицами (рассеивание электронов на кристаллах - опыты                      К. Дэвиссона и Л. Джермера, 1927 г. ) 
обнаружилась типичная дифракционная картина
В эксперименте с частицами (рассеивание электронов на кристаллах - опыты К. Дэвиссона и Л. Джермера, 1927 г. ) обнаружилась типичная дифракционная картина
Страница №17
Дифракция  микрочастиц
Дифракция  - свидетельство    волнового процесса, связанного с моделью «континуум». 
Объектами изучения были движущиеся частицы.
Дифракция микрочастиц Дифракция - свидетельство волнового процесса, связанного с моделью «континуум». Объектами изучения были движущиеся частицы.
Страница №18
Определение заряда электрона. Опыты Р.Милликена. 1906 - 1912.
Дискретность заряда электрона
Определение заряда электрона. Опыты Р.Милликена. 1906 - 1912. Дискретность заряда электрона
Страница №19
Механизм излучения-поглощения и новая модель атома (Н.Бор. 1911)
Дискретный ряд стационарного и возбужденных состояний электрона в атоме водорода.
Нарушение непрерывности: не все значения энергии разрешены!
Дискретное поглощение и излучение при переходе из одного состояния в другое.
Нельзя «брать и отдавать» все подряд в любых количествах. 
Поэтому возникают спектральные линии.
Механизм излучения-поглощения и новая модель атома (Н.Бор. 1911) Дискретный ряд стационарного и возбужденных состояний электрона в атоме водорода. Нарушение непрерывности: не все значения энергии разрешены! Дискретное поглощение и излучение при переходе из одного состояния в другое. Нельзя «брать и отдавать» все подряд в любых количествах. Поэтому возникают спектральные линии.
Страница №20
Дискретность значений характеристик объектов
Разрешенные и запрещенные состояния
Как следствие:
Есть минимальный шаг изменений характеристик
Всегда есть минимальное возможное значение характеристики, отличное от 0
Дискретность значений характеристик объектов Разрешенные и запрещенные состояния Как следствие: Есть минимальный шаг изменений характеристик Всегда есть минимальное возможное значение характеристики, отличное от 0
Страница №21
Теоретический анализ особенностей протекания явлений: 
Теоретический анализ особенностей протекания явлений: 
излучения абсолютно черного тела, 
фотоэффекта, 
спектров химических элементов, 
дифракции электронов 
привел к созданию НОВОЙ МОДЕЛИ объекта:
1. Дополнительные наборы свойств:
и « корпускулярное», и «континуумное» одновременно в одном объекте, но проявляющееся в разных экспериментах!
2. Дискретность состояний и характеристик. (Не всё можно, есть запреты).
Теоретический анализ особенностей протекания явлений: Теоретический анализ особенностей протекания явлений: излучения абсолютно черного тела, фотоэффекта, спектров химических элементов, дифракции электронов привел к созданию НОВОЙ МОДЕЛИ объекта: 1. Дополнительные наборы свойств: и « корпускулярное», и «континуумное» одновременно в одном объекте, но проявляющееся в разных экспериментах! 2. Дискретность состояний и характеристик. (Не всё можно, есть запреты).
Страница №22
Принцип неопределенности В.Гейзенберга. 1927.
Анализ модели де Бройля, содержащей волновые характеристики для движения корпускулы, привел к пониманию невозможности одновременного абсолютно точного определения (измерения, предсказания) значений некоторых пар характеристик, например, 
		координаты и импульса:
Оказалось, что при точном измерении одной величины (Δх→0), ошибка в измерении другой величины должна увеличиваться (Δр→∞).
Принцип неопределенности В.Гейзенберга. 1927. Анализ модели де Бройля, содержащей волновые характеристики для движения корпускулы, привел к пониманию невозможности одновременного абсолютно точного определения (измерения, предсказания) значений некоторых пар характеристик, например, координаты и импульса: Оказалось, что при точном измерении одной величины (Δх→0), ошибка в измерении другой величины должна увеличиваться (Δр→∞).
Страница №23
СОСТОЯНИЕ -
это фундаментальная неклассическая модель,  в которой одновременно учитываются:
стохастическое воздействие окружения,
реакция объекта в форме случайного поведения его характеристик.
СОСТОЯНИЕ - это фундаментальная неклассическая модель, в которой одновременно учитываются: стохастическое воздействие окружения, реакция объекта в форме случайного поведения его характеристик.
Страница №24
Состояние описывается на языке вероятностей в зависимости от специфики стохастического воздействия с помощью:
Функции распределения                ;
Плотности вероятности
Состояние описывается на языке вероятностей в зависимости от специфики стохастического воздействия с помощью: Функции распределения ; Плотности вероятности
Страница №25
Уравнение Шредингера
  позволяет непосредственно найти волновую функцию Ψ(x), а через нее и вероятность W(x) для целого ряда конкретных ситуаций



Для квантовых состояний уравнение Шредингера играет роль, аналогичную роли уравнения второго закона Ньютона в классической физике.
Уравнение Шредингера позволяет непосредственно найти волновую функцию Ψ(x), а через нее и вероятность W(x) для целого ряда конкретных ситуаций Для квантовых состояний уравнение Шредингера играет роль, аналогичную роли уравнения второго закона Ньютона в классической физике.
Страница №26
Постоянная Планка –фундаментальная константа квантового стохастического воздействия 
«Волновые» характеристики ансамбля  микрочастиц λ, ω порождаются стохастическим воздействием окружения. Они жестко связаны с характеристиками корпускулы р  и ε через постоянную Планка
Постоянная Планка –фундаментальная константа квантового стохастического воздействия «Волновые» характеристики ансамбля микрочастиц λ, ω порождаются стохастическим воздействием окружения. Они жестко связаны с характеристиками корпускулы р и ε через постоянную Планка
Страница №27
Неклассика – суммирование историй
Все альтернативные варианты, с помощью которых может быть достигнут результат, имеют место и происходят одновременно.
Каждая история вносит вклад с определенным весом
Наблюдаемое настоящее  - смесь всех возможных вариантов прошлого, совместимых с тем, что есть в данный момент
Неклассика – суммирование историй Все альтернативные варианты, с помощью которых может быть достигнут результат, имеют место и происходят одновременно. Каждая история вносит вклад с определенным весом Наблюдаемое настоящее - смесь всех возможных вариантов прошлого, совместимых с тем, что есть в данный момент
Страница №28
Особенность квантовых состояний:
   Квантовый объект может одновременно находиться  в нескольких квантовых состояниях:  и в состоянии |1› и в состоянии |2› , 
состояние |3› = C1 |1› + C2 |2›; 
возникает «смесь» (суперпозиция) состояний:
Особенность квантовых состояний: Квантовый объект может одновременно находиться в нескольких квантовых состояниях: и в состоянии |1› и в состоянии |2› , состояние |3› = C1 |1› + C2 |2›; возникает «смесь» (суперпозиция) состояний:
Страница №29
Измерения в квантовой механике
Измерение в квантовой механике как результат взаимодействия микрообъекта с макроприбором
Невозможность невозмущающих измерений

Неотделимость наблюдателя от наблюдаемого объекта
Измерения в квантовой механике Измерение в квантовой механике как результат взаимодействия микрообъекта с макроприбором Невозможность невозмущающих измерений Неотделимость наблюдателя от наблюдаемого объекта
Страница №30
Проблема неполноты квантовой механики и теорема Белла для связанных (спутанных) фотонов
ЭПР-парадокс 
(Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена)
Можно ли обойти принцип неопределенности? Есть ли конкретные значения физических характеристик микрообъекта до измерения?
 Локальный реализм Есть ли самодостаточность (пространственная разделенность) объектов?
Проблема неполноты квантовой механики и теорема Белла для связанных (спутанных) фотонов ЭПР-парадокс (Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена) Можно ли обойти принцип неопределенности? Есть ли конкретные значения физических характеристик микрообъекта до измерения? Локальный реализм Есть ли самодостаточность (пространственная разделенность) объектов?
Страница №31
Классификации элементарных частиц
по массе покоя: 
фотоны, 
лептоны, 
мезоны, 
барионы;
по времени жизни: 
стабильные (протон, электрон, нейтрино и их античастицы)
нестабильные (свободный нейтрон, резонансы).
Классификации элементарных частиц по массе покоя: фотоны, лептоны, мезоны, барионы; по времени жизни: стабильные (протон, электрон, нейтрино и их античастицы) нестабильные (свободный нейтрон, резонансы).
Страница №32
Элементарные частицы
Адроны
Элементарные частицы Адроны
Страница №33
Основные характеристики элементарных частиц 
масса 
заряд
спин 
время жизни
Основные характеристики элементарных частиц масса заряд спин время жизни
Страница №34
Спин – особая квантовая 
характеристика микрообъектов.                    Проявляет себя:







а) в магнитном поле (частица подобна магнитной стрелке) 
                                          
                                          
                                      
Неустойчивое     Устойчивое положение
    б) в коллективах одинаковых частиц
Спин – особая квантовая характеристика микрообъектов. Проявляет себя: а) в магнитном поле (частица подобна магнитной стрелке) Неустойчивое Устойчивое положение б) в коллективах одинаковых частиц
Страница №35
Классификация по величине спина
Бозоны (фотоны и другие переносчики взаимодействий)
    s = 0, 1 ħ, 2 ħ, любое четное число ħ/2
Бозоны могут скапливаться в одном состоянии без ограничения их количества – образовывать конденсат.  
Фермионы (электроны, протоны, нейтроны и другие частицы с массой) 
  s = ½ ħ, 3/2 ħ, 5/2 ħ, …. ( любое нечетное число ħ/2) 
Два фермиона не могут находиться в одном состоянии! Должно быть различие хотя бы – принцип (запрет) Паули
Классификация по величине спина Бозоны (фотоны и другие переносчики взаимодействий) s = 0, 1 ħ, 2 ħ, любое четное число ħ/2 Бозоны могут скапливаться в одном состоянии без ограничения их количества – образовывать конденсат. Фермионы (электроны, протоны, нейтроны и другие частицы с массой) s = ½ ħ, 3/2 ħ, 5/2 ħ, …. ( любое нечетное число ħ/2) Два фермиона не могут находиться в одном состоянии! Должно быть различие хотя бы – принцип (запрет) Паули
Страница №36
Фундаментальные частицы
Фундаментальные частицы
Страница №37
Переносчики фундаментальных взаимодействий:
Фотон – квант электромагнитного поля
Гравитон – квант гравитационного поля
Глюон – обменная частица сильного взаимодействия
Промежуточные бозоны - обменные частицы слабого взаимодействия
Переносчики фундаментальных взаимодействий: Фотон – квант электромагнитного поля Гравитон – квант гравитационного поля Глюон – обменная частица сильного взаимодействия Промежуточные бозоны - обменные частицы слабого взаимодействия
Страница №38
Кварки – структурные единицы протона, нейтрона, мезонов
Кварки столь сильно  «склеены», что не могут вылететь  на «свободу»(confinement).
Переносчиками взаимодействия между кварками выступают глюоны.             Их масса, как и масса фотонов, равна нулю.
Кварки – структурные единицы протона, нейтрона, мезонов Кварки столь сильно «склеены», что не могут вылететь на «свободу»(confinement). Переносчиками взаимодействия между кварками выступают глюоны. Их масса, как и масса фотонов, равна нулю.
Страница №39
Нейтрино- удивительные частицы
Имеют очень малую массу
Движутся со скоростями, близкими к скорости света
Высокая проникающая способность
Рождаются в результате слабых ядерных реакций на Солнце
До Земли долетает лишь 1/3
Под влиянием гравитации по пути испытывают превращения (осцилляции)  νe  νμ  ντ
Нейтрино- удивительные частицы Имеют очень малую массу Движутся со скоростями, близкими к скорости света Высокая проникающая способность Рождаются в результате слабых ядерных реакций на Солнце До Земли долетает лишь 1/3 Под влиянием гравитации по пути испытывают превращения (осцилляции) νe  νμ  ντ
Страница №40
Информация вложена в изображении слайда
Страница №41
Сильное взаимодействие. 
Обменная модель
Сильное взаимодействие. Обменная модель
Страница №42
Слабое взаимодействие
Короткодействующее - проявляется на расстояниях, значительно меньших размера атомного ядра (10−18 м).
слабее сильного и электромагнитного взаимодействий, но гораздо сильнее гравитационного.
отвечает за бета-распад и другие реакции между фермионами
Переносится виртуальными W- и Z-бозонами
Стандартная модель физики элементарных частиц описывает электромагнитное и слабое взаимодействия как разные проявления единого электрослабого взаимодействия (1968. Глэшоу, Салам, Вайнберг).
Слабое взаимодействие Короткодействующее - проявляется на расстояниях, значительно меньших размера атомного ядра (10−18 м). слабее сильного и электромагнитного взаимодействий, но гораздо сильнее гравитационного. отвечает за бета-распад и другие реакции между фермионами Переносится виртуальными W- и Z-бозонами Стандартная модель физики элементарных частиц описывает электромагнитное и слабое взаимодействия как разные проявления единого электрослабого взаимодействия (1968. Глэшоу, Салам, Вайнберг).
Страница №43
Темная материя
Не светится.
Участвует в гравитационном взаимодействии.
Собирается в сгустки, образуя подобия галактик.
Состоит из еще не открытых «частиц»,             родившихся в ранней Вселенной.
Слабо взаимодействует с видимым веществом.
«Частицы» этой материи предположительно тяжелее протона в 100 – 1000 раз.
Около нас таких «частиц» порядка 1000 в 1 м3.
Темная материя Не светится. Участвует в гравитационном взаимодействии. Собирается в сгустки, образуя подобия галактик. Состоит из еще не открытых «частиц», родившихся в ранней Вселенной. Слабо взаимодействует с видимым веществом. «Частицы» этой материи предположительно тяжелее протона в 100 – 1000 раз. Около нас таких «частиц» порядка 1000 в 1 м3.
Страница №44
Теория суперструн
Теория суперструн
Страница №45
Неклассичность классической термодинамики
Неклассичность классической термодинамики
Страница №46
Основные положения молекулярно-кинетической теории
Существуют
Двигаются
Взаимодействуют
Основные положения молекулярно-кинетической теории Существуют Двигаются Взаимодействуют
Страница №47
Распределение молекул по скоростям в тепловом равновесии
Распределение молекул по скоростям в тепловом равновесии
Страница №48
Первое начало термодинамики 
(закон сохранения энергии):
В замкнутой системе энергия не возникает из ничего и не исчезает в никуда.
Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы системой. 
Q = ΔU + А, 
где Q – количество теплоты, 
ΔU - изменение внутренней энергии системы, 
A – работа, совершенная системой. 
Невозможно создание вечного двигателя I рода.
Первое начало термодинамики (закон сохранения энергии): В замкнутой системе энергия не возникает из ничего и не исчезает в никуда. Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы системой. Q = ΔU + А, где Q – количество теплоты, ΔU - изменение внутренней энергии системы, A – работа, совершенная системой. Невозможно создание вечного двигателя I рода.
Страница №49
Второе начало 
(о необратимости тепловых явлений)
Энтропия замкнутой термодинамической системы возрастает («стрела времени») и достигает максимума в точке теплового равновесия. dS ≥ 0
Невозможно создание вечного двигателя II рода.
«Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему» (постулат Клаузиуса)
Второе начало (о необратимости тепловых явлений) Энтропия замкнутой термодинамической системы возрастает («стрела времени») и достигает максимума в точке теплового равновесия. dS ≥ 0 Невозможно создание вечного двигателя II рода. «Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему» (постулат Клаузиуса)
Страница №50
О чем II начало?
В замкнутой системе:
направленность теплообмена (от горячего к холодному). 
неизбежное понижение качества энергии и повышения энтропии.
нарастание беспорядка и разрушения структур.
О чем II начало? В замкнутой системе: направленность теплообмена (от горячего к холодному). неизбежное понижение качества энергии и повышения энтропии. нарастание беспорядка и разрушения структур.
Страница №51
Энтропия Р.Клаузиуса (1865)
является функцией  термодинамического состояния системы и пропорциональна количеству связанной (внутренней) энергии, которую нельзя превратить в работу. 
S = Q/T (Q – теплота, T - температура). 
При теплообмене между телами энтропии тел изменяются.
Энтропия Р.Клаузиуса (1865) является функцией термодинамического состояния системы и пропорциональна количеству связанной (внутренней) энергии, которую нельзя превратить в работу. S = Q/T (Q – теплота, T - температура). При теплообмене между телами энтропии тел изменяются.
Страница №52
Энтропия Л.Больцмана (1872) -
мера беспорядка, хаотичности и однородности  молекулярных систем. 
S = k∙lnW 
где k = 1,38 Дж./К - постоянная Больцмана, 
W – количество перестановок молекул, не влияющее на макросостояние системы.
Наибольшей оказывается энтропия у равновесной, т.е. полностью беспорядочной системы.
Энтропия Л.Больцмана (1872) - мера беспорядка, хаотичности и однородности молекулярных систем. S = k∙lnW где k = 1,38 Дж./К - постоянная Больцмана, W – количество перестановок молекул, не влияющее на макросостояние системы. Наибольшей оказывается энтропия у равновесной, т.е. полностью беспорядочной системы.
Страница №53
Хаос.  Симметрия. Энтропия
Хаос. Симметрия. Энтропия
Страница №54
Энтропия является мерой неупорядоченности системы: 
Чем проще система,   тем она  более однородна и менее упорядочена.
В наиболее   однородном состоянии система имеет максимум энтропии
 Тепловое равновесие – наиболее однородное (неупорядоченное) состояние – имеет максимум энтропии
Энтропия является мерой неупорядоченности системы: Чем проще система, тем она более однородна и менее упорядочена. В наиболее однородном состоянии система имеет максимум энтропии Тепловое равновесие – наиболее однородное (неупорядоченное) состояние – имеет максимум энтропии
Страница №55
Третье начало (теорема Нернста)
Энтропия всякого тела стремится к нулю при стремлении к нулю его температуры.
Третье начало (теорема Нернста) Энтропия всякого тела стремится к нулю при стремлении к нулю его температуры.