Fizyka atomowa bada budowę i własności atomów.
Skupia się na jądrze atomowym i elektronach.
Zadania z fizyki atomowej pomagają zrozumieć te zagadnienia.
Podstawowe Pojęcia
Atom składa się z jądra i elektronów. Jądro zawiera protony i neutrony.
Elektrony krążą wokół jądra na określonych poziomach energetycznych, zwanych orbitalami.
Liczba protonów w jądrze określa liczbę atomową Z. Liczba masowa A to suma protonów i neutronów.
Energie Atomowe
Elektrony mogą przeskakiwać między orbitalami. Przejście z wyższego poziomu na niższy emituje foton.
Energia fotonu odpowiada różnicy energii między orbitalami. E = hf, gdzie h to stała Plancka, a f to częstotliwość.
Atom może absorbować foton, jeśli jego energia odpowiada różnicy energii między orbitalami, co powoduje przeskok elektronu na wyższy poziom.
Zadania z Fizyki Atomowej
Typowe zadania dotyczą obliczania energii fotonów emitowanych lub absorbowanych przez atomy.
Mogą również dotyczyć obliczania energii jonizacji, czyli energii potrzebnej do usunięcia elektronu z atomu.
Inne zadania dotyczą obliczania długości fali emitowanego promieniowania.
Przykład 1: Obliczanie Energii Fotonu
Elektron przeskakuje z poziomu E2 = -3.4 eV na poziom E1 = -13.6 eV w atomie wodoru.
Oblicz energię emitowanego fotonu.
Rozwiązanie: Energia fotonu to różnica energii między poziomami: E = E2 - E1 = -3.4 eV - (-13.6 eV) = 10.2 eV. Zatem energia emitowanego fotonu wynosi 10.2 eV.
Przykład 2: Długość Fali Promieniowania
Atom emituje foton o energii 2 eV. Oblicz długość fali tego promieniowania.
Rozwiązanie: E = hf = hc/λ, gdzie c to prędkość światła, a λ to długość fali. Zatem λ = hc/E. Podstawiając wartości: h = 4.1357 x 10^-15 eV·s, c = 3 x 10^8 m/s, E = 2 eV, otrzymujemy: λ = (4.1357 x 10^-15 eV·s * 3 x 10^8 m/s) / 2 eV = 6.2 x 10^-7 m = 620 nm.
Efekt Fotoelektryczny
Efekt fotoelektryczny polega na emisji elektronów z materiału pod wpływem padającego promieniowania.
Energia fotonów musi być większa niż praca wyjścia materiału. Praca wyjścia to minimalna energia potrzebna do uwolnienia elektronu.
Energia kinetyczna emitowanych elektronów jest równa energii fotonu pomniejszonej o pracę wyjścia: Ek = hf - W.
Zadania z Efektu Fotoelektrycznego
Typowe zadania dotyczą obliczania energii kinetycznej emitowanych elektronów.
Mogą również dotyczyć obliczania pracy wyjścia materiału.
Inne zadania dotyczą obliczania minimalnej częstotliwości promieniowania potrzebnej do wywołania efektu fotoelektrycznego.
Przykład: Energia Kinetyczna Elektronu
Metal o pracy wyjścia 2.5 eV jest oświetlany promieniowaniem o długości fali 400 nm.
Oblicz energię kinetyczną emitowanych elektronów.
Rozwiązanie: Najpierw obliczamy energię fotonu: E = hc/λ = (4.1357 x 10^-15 eV·s * 3 x 10^8 m/s) / (400 x 10^-9 m) = 3.1 eV. Następnie obliczamy energię kinetyczną: Ek = E - W = 3.1 eV - 2.5 eV = 0.6 eV. Zatem energia kinetyczna emitowanych elektronów wynosi 0.6 eV.
Model Bohra
Model Bohra to uproszczony model atomu wodoru. Zakłada on, że elektrony krążą wokół jądra po określonych orbitach o kwantowanych energiach.
Energia elektronu na n-tej orbicie dana jest wzorem: E_n = -13.6 eV / n^2, gdzie n to liczba kwantowa (n = 1, 2, 3...).
Promień n-tej orbity dany jest wzorem: r_n = n^2 * a_0, gdzie a_0 to promień Bohra (a_0 = 0.529 Å).
Zadania z Modelem Bohra
Typowe zadania dotyczą obliczania energii elektronu na określonej orbicie.
Mogą również dotyczyć obliczania promienia orbity.
Inne zadania dotyczą obliczania długości fali promieniowania emitowanego podczas przejścia elektronu między orbitami.
Przykład: Energia Elektronu na Orbicie
Oblicz energię elektronu na drugiej orbicie w atomie wodoru (n = 2).
Rozwiązanie: E_2 = -13.6 eV / 2^2 = -13.6 eV / 4 = -3.4 eV. Zatem energia elektronu na drugiej orbicie wynosi -3.4 eV.
Podsumowanie
Zadania z fizyki atomowej pomagają zrozumieć fundamentalne zasady rządzące światem atomów.
Poznanie tych zasad jest kluczowe dla zrozumienia wielu zjawisk zachodzących w przyrodzie i technologii.
Rozwiązywanie zadań z fizyki atomowej rozwija umiejętność logicznego myślenia i stosowania wzorów fizycznych.
