PREČO SA NIEKEDY ELEKTRÓNY Z KOVU NECHCÚ UVOĽNIŤ?

Uvoľňovanie elektrónov z povrchu kovov môže nastať len vtedy, ak na kov dopadá žiarenie s určitou frekvenciou . . .

• Prečo podľa Einsteinovej teórie nespôsobí uvoľnenie elektrónov z kovu žiarenie s akoukoľvek frekvenciou?
• Vyjadrite vzťah medzi energiou svetelného kvanta - fotónu a frekvenciou príslušného elektromagnetického žiarenia veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite zákon zachovania energie pri fotoelektrickom jave veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• V akých jednotkách udávame zvyčajne energiu v atómovej fyzike? Zadefinujte uvedenú jednotku energie a uveďte súvislosť tejto jednotky s bežne používanou jednotkou energie 1 Joule.
• Vyjadrite vzťah medzi frekvenciou žiarenia a jeho vlnovou dĺžkou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte energiu fotónu ultrafialového žiarenia s vlnovou dĺžkou 300 nm.
• Spôsobí dopad ultrafialového žiarenia uvoľňovanie elektrónov z povrchu sodíkovej katódy, ak výstupná práca pre sodík je 2,1 eV? Svoje tvrdenie zdôvodnite.

24.2

NIEKEDY SA ELEKTRÓNY UVOĽNIA, NIEKEDY NIE. KDE JE HRANICA?

Ak je frekvencia f dopadajúceho žiarenia na povrch kovu menšia ako f_o , žiarenie nie je schopné uvoľniť elektróny z kovu . . .

• Vyjadrite vzťah medzi energiou svetelného kvanta - fotónu a frekvenciou príslušného žiarenia veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vysvetlite význam fyzikálnej veličiny výstupná práca W_v?
• Nastane uvoľnenie elektrónu z povrchu kovu, ak energia fotónu dopadajúceho žiarenia na jeho povrch je rovná výstupnej práci pre tento kov? Svoje tvrdenie zdôvodnite.
• Vyjadrite vzťah medzi výstupnou prácou daného kovu a jeho hraničnou frekvenciou pre fotoelektrický jav veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi frekvenciou elektromagnetického vlnenia a jeho vlnovou dĺžkou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• V akých jednotkách udávame zvyčajne energiu v atómovej fyzike? Zadefinujte túto jednotku energie a uveďte súvislosť tejto jednotky s bežne používanou jednotkou energie 1 Joule.
• Vypočítajte hraničnú frekvenciu a hraničnú vlnovú dĺžku žiarenia pre fotoelektrický jav na sodíku, ak výstupná práca pre sodík je 2,1 eV.

24.3

PREČO OVPYVŇUJE TEPLOTA KOVU HRANIČNÉ HODNOTY?

Žiarenie môže dopadať na povrch katódy, ktorá je zohriatá na rôzne teploty . . .

• Ako sa mení vnútorná energia kovov pri ich zohrievaní? Ktorá zložka vnútornej energie mení svoju veľkosť?
• Ako sa prejaví zohrievanie kovov na tepelnom pohybe elektrónov? Svoje tvrdenie zdôvodnite.
• Vplýva zmena teploty kovu na hodnotu výstupnej práce pri fotoelektrickom jave pre určitý kov? Svoje tvrdenie zdôvodnite.
• Vyjadrite vzťah medzi výstupnou prácou a hraničnou frekvenciou pre fotoelektrický jav veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi frekvenciou elektromagnetického vlnenia a jeho vlnovou dĺžkou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Hraničná vlnová dĺžka pri fotoelektrickom jave na platinovej katóde je 198 nm. Po zohriatí platinovej katódy na vysokú teplotu sa hraničná vlnová dĺžka zväčšila na 210 nm. O koľko sa zmenila výstupná práca zohriatím katódy?

24.4

ČO DOKAZUJE ZMENA VLNOVEJ DĹŽKY ŽIARENIA PRI COMPTONOVOM JAVE?

Pri rozptyle röntgenového žiarenia na elektrónoch našiel Arthur Compton v rozptýlenom žiarení nielen žiarenie s pôvodnou vlnovou dĺžkou, ale aj žiarenie s väčšou vlnovou dĺžkou . . .

• Nakreslite schematicky zrážku fotónu röntgenového žiarenia s elektrónom. Vyznačte v obrázku energiu fotónu pred zrážkou, energiu a hybnosť elektrónu pred zrážkou a tie isté veličiny po zrážke.
• Vyjadrite zákon zachovania energie pre zrážku fotónu s elektrónom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Ako sa pri zrážke zmenila energia fotónu a energia elektrónu? Svoje tvrdenie vysvetlite.
• Vyjadrite vzťah medzi energiou fotónu a frekvenciou elektromagnetického žiarenia veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte zmenu energie elektrónu pri jeho zrážke s fotónom s frekvenciou 1,50.10¹⁹ Hz, ak frekvencia fotónu po zrážke je 1,10.10¹⁹ Hz.
• Objasnite, čo dokazuje zmena vlnovej dĺžky žiarenia pri jeho rozptyle na elektrónoch?

24.5

JE SKUTOČNE ATÓM VODÍKA TAKÝ " VEĽKÝ "?

Rozmery a vzdialenosti v mikrosvete sú v porovnaní s priestorom, v ktorom sa nachádzame, neskutočne malé . . .

• Vyjadrite vzťah medzi hustotou látky, z ktorej je teleso, jeho hmotnosťou a objemom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi hmotnosťou telesa, počtom atómov, z ktorých sa teleso skladá a hmotnosťou jedného atómu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi hmotnosťou atómu vodíka a jeho relatívnou atómovou hmotnosťou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte hmotnosť atómu vodíka.
• Vypočítajte, koľko atómov vodíka sa nachádza v 1 cm3 tekutého vodíka, ak jeho hustota je 0,71 g.cm^-3.
• Vyjadrite vzťah medzi objemom pripadajúcim na jeden atóm vodíka, počtom atómov a objemom V = 1 cm^-3 veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte, aký objem pripadá na jeden atóm vodíka za uvedených podmienok v tekutom stave.
• Ak si atóm zjednodušene predstavíme ako kocku, aká bude veľkosť hrany tejto kocky?
• Uvedená hustota vodíka zodpovedá tekutému vodíku blízko teploty bodu varu. Viete, kde sa takýto tekutý vodík používa?

24.6

ŽIARENIE S AKOU FREKVENCIOU VYSIELAJÚ ORTUŤOVÉ PARY?

Výsledky Franckovho-Hertzovho experimentu potvrdili kvantovanie energie atómov . . .

• Vyjadrite vzťah medzi energiou, ktorú získa elektrón pri pohybe v homogénnom elektrickom poli, a elektrickým napätím tohto poľa veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte energiu, ktorú získa elektrón v homogénnom elektrickom poli s napätím 4,89 V. Vyjadrite túto energiu v jednotkách elektrónvolt.
• Atóm ortuti má v excitovanom stave energiu o 4,89 eV vyššiu ako v základnom stave. Prečo pri Franck-Hertzovom experimente nastal pokles prúdu pri urýchľovacom napätí 4,89 V?
• Vyjadrite vzťah medzi energiou fotónu a frekvenciou elektromagnetického žiarenia veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi frekvenciou žiarenia a jeho vlnovou dĺžkou veličinovou rovnicou. Popíšte uvedenú rovnicu.
• Ortuťové pary pri urýchľovacom napätí 4,89 V vysielajú žiarenie. Vysvetlite, prečo toto žiarenie vysielajú.
• Vypočítajte frekvenciu a vlnovú dĺžku spektrálnej čiary tohto žiarenia.

24.7

ČO DOKAZUJE ČIAROVÉ SPEKTRUM ATÓMOV?

Atómy v zohriatom plyne vysielajú žiarenie s istými vlnovými dĺžkami - spektrum tohto žiarenia je čiarové . . .

• Vysvetlite, čo znamená, že energia atómov je kvantovaná.
• Vyjadrite vzťah medzi energiou excitovaných stavov atómu vodíka a energiou jeho základného stavu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vysvetlite, prečo sú energetické hladiny atómov záporné.
• Vypočítajte energiu fotónu vyžiareného pri prechode atómu vodíka zo stavu s n = 6 do základného stavu, ak viete, že energia základného stavu je E_z = - 13,6 eV.
• Vyjadrite vzťah medzi energiou fotónu a frekvenciou elektromagnetického žiarenia veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte frekvenciu fotónu vyžiareného pri prechode atómu vodíka zo stavu s n = 6 do základného stavu.
• Vyjadrite vzťah medzi frekvenciou žiarenia a jeho vlnovou dĺžkou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte vlnovú dĺžku žiarenia vyžiareného pri prechode atómu vodíka zo stavu s n = 6 do základného stavu.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou hybnosti fotónu a vlnovou dĺžkou príslušného elektromagnetického žiarenia veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte veľkosť hybnosti fotónu vyžiareného pri prechode atómu vodíka zo stavu s n = 6 do základného stavu.

24.8

BALMEROVA SÉRIA V ATÓME VODÍKA

Skupina spektrálnych čiar v spektre atómu vodíka zodpovedajúca prechodom zo stacionárnych stavov s n^l > 2 do stavu s n = 2, sa nazýva Balmerova séria . . .

• Vysvetlite, čo znamená kvantovanie energie atómov.
• Vyjadrite vzťah medzi energiou excitovaných stavov atómu vodíka a energiou jeho základného stavu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vysvetlite, prečo sú energetické hladiny atómov záporné.
• Vypočítajte energie excitovaných stavov atómu vodíka pre n = 2, 3, 4, 5, ak viete, že energia základného stavu je E_z = - 13,6 eV.
• Vypočítajte energie fotónov žiarenia vyžiareného atómom vodíka pri prechodoch zo stacionárnych stavov s n = 3 , 4 , 5 do stavu s n = 2.
• Vyjadrite vzťah medzi energiou fotónu a frekvenciou elektromagnetického žiarenia veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi frekvenciou žiarenia a jeho vlnovou dĺžkou veličinovou rovnicou. Popíšte uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte frekvencie a vlnové dĺžky fotónov zodpovedajúcich Balmerovej sérii v atóme vodíka.

24.9

PREČO MÁ ZMYSEL HOVORIŤ O VLNOVEJ DĹŽKE ELEKTRÓNOV?

Francúzsky fyzik Louis de Broglie je autorom myšlienky, podľa ktorej s každou voľnou časticou s veľkosťou hybnosti p súvisí určitá rovinná vlna s vlnovou dĺžkou . . .

• Ako súvisí de Broglieho tvrdenie s Einsteinovou teóriou fotoelektrického javu a s Comptonovým javom.
• Vyjadrite vzťah medzi de Broglieho vlnovou dĺžkou rovinnej vlny a veľkosťou hybnosti častice veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou hybnosti častice a veľkosťou rýchlosti jej pohybu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Elektrón, ako voľnú časticu s elektrickým nábojom, možno urýchliť homogénnym elektrickým poľom. Vyjadrite vzťah medzi prácou, ktorú pri urýchľovaní vykonajú elektrické sily, elektrickým nábojom elektrónu a potenciálovým rozdielom elektrického poľa veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi kinetickou energiou elektrónu a veľkosťou rýchlosti jeho pohybu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Porovnajte prácu vykonanú pri urýchľovaní elektrónu v elektrickom poli elektrickými silami a kinetickú energiu získanú elektrónom. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• V obrazovke televízneho prijímača sú elektróny urýchľované potenciálovým rozdielom 15 kV. Vypočítajte veľkosť rýchlosti, ktorú elektróny urýchlené v tomto poli získajú.
• Aká je de Broglieho vlnová dĺžka týchto elektrónov?

24.10

ELEKTRÓNOVÁ STOJATÁ VLNA

Kvantovým stavom elektrónu v atóme sú priradené stojaté elektrónové vlny v troch rozmeroch . . .

• Stacionárne stavy elektrónu viazaného na úsečku sú analogické stojatým vlnám na strune. Nakreslite tri základné prípady stojatej mechanickej vlny na strune.
• Vysvetlite, čo znamená, že vlnová dĺžka takýchto stojatých vĺn je kvantovaná.
• Elektrón viazaný na úsečku má kvantovanú energiu. Vyjadrite vzťah medzi energiami, ktoré takýto elektrón môže nadobúdať a dĺžkou úsečky, na ktorú je viazaný veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte energiu základného a prvého excitovaného stavu elektrónu viazaného na úsečku s dĺžkou rádovo zodpovedajúcou rozmerom atómu (napríklad L = 4,0.10^-10 m ).
• Vypočítajte rozdiel energií základného a prvého excitovaného stavu tohto elektrónu. Porovnajte uvedený rozdiel s rozdielom energetických stavov atómu vodíka.

späť