2523

Эффект Рамзауэра

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: познакомиться с сутью эффекта Рамзауэра, изучить рассеяние электронов на атомах ксенона и определить глубину и ширину потенциальной ямы.

Русский

2013-01-06

145.76 KB

51 чел.

Белорусский Государственный Университет

Факультет Радиофизики и Электроники

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А № 4

Эффект Рамзауэра

Выполнила студентка

3 курса 8 группы

Максимова П.Д.

МИНСК 2009

Цель работы: познакомиться с сутью эффекта Рамзауэра; изучить рассеяние электронов на атомах ксенона и определить глубину и ширину «потенциальной ямы».

ТЕОРИЯ МЕТОДА

Будем пользоваться формулами расчета глубины U0 и ширины 2а потенциальной ямы:

   , .

ЭФФЕКТ РАМЗАУЭРА

Если электрон пролетает на некотором расстоянии от атома, то кулоновские силы приводят к его отклонению от первоначального направления, при этом с уменьшением скорости (энергии) электрона величина отклонения будет возрастать, так как медленные электроны дольше находятся вблизи атома, что приводит к более эффективному их взаимодействию. При прохождении пучка электронов через газ пучок будет рассеиваться, причем для большинства атомов и молекул эффективное сечение рассеяния  (отношение потока рассеянных частиц к плотности потока падающих), как и должно быть по классическим представлениям, монотонно убывает с увеличением энергии электронов в пучке (см. пунктирную кривую на рис. 1 для атомов водорода).

Р и с. 1

Однако для некоторых инертных газов (например, для криптона) на этот плавный ход накладывается резкий провал. При некоторой критической энергии Е' рассеяние практически исчезает, вследствие чего электроны проходят через газ почти беспрепятственно. В этом и заключается эффект Рамзауэра (1921), который резко противоречит классической теории рассеяния. Для объяснения этого эффекта потребовалось привлечение квантовой теории.

При прохождении электрона вблизи атома происходит его сложное взаимодействие с ядром и электронами, входящими в состав атома. В итоге этот процесс можно рассматривать как движение электрона в области потенциальной ямы, приведенной на рис.2 вместе с изображением атома-мишени. В рамках одномерного случая, рассмотренного в предыдущем разделе, эффект Рамзауэра можно довольно просто объяснить как следствие погашения отраженной (в трехмерном случае – рассеянной) волны при выполнении условия .

Напомним, что потенциальная яма – короткодействующий потенциал взаимодействия частиц, отвечающий их притяжению. Термин «потенциальная яма» происходит от вида графика, изображающего зависимость потенциальной энергии U частицы в силовом поле от ее положения в пространстве (в случае одномерного движения – от координаты х). Характеристиками потенциальной ямы являются ее ширина 2а (расстояние, на котором проявляется действие сил притяжения) и глубина U0, равная разности между значением потенциальной энергии на бесконечно большом расстоянии (обычно принимаемым за нуль) и ее минимальным значением внутри ямы.

Р и с. 2

Следует отметить, что потенциальные ямы реальных атомов имеют не отвесные, а пологие стенки. Поэтому модель прямоугольной потенциальной ямы оказывается достаточно хорошим приближением не для всех атомов, а лишь для инертных газов, отличающихся наиболее компактной структурой и резкой внешней границей. Кроме того, у легких инертных газов, таких как гелий и неон, эффект Рамзауэра не наблюдается, так как у этих атомов соотношение ширины и глубины потенциальной ямы недостаточно, чтобы можно было выполнить соотношение . По указанным причинам эффект Рамзауэра наиболее сильно выражен у ксенона.

Следует также отметить, что приведенное рассмотрение эффекта Рамзауэра упрощенно. Более адекватно существо явления отражает модель трехмерной потенциальной ямы, однако точное квантовомеханическое рассмотрение такой задачи является достаточно сложным. И тем не менее одномерная модель позволяет выяснить основные черты эффекта и получить приближенные количественные соотношения.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА РАМЗАУЭРА С ПОМОЩЬЮ ТИРАТРОНА

В данной работе эффект Рамзауэра исследуется с помощью тиратрона ТГЗ-0,1/1,3, наполненного ксеноном при низком давлении. Геометрия электродов и их расположение приведены на рис. 3.

Между катодом К и анодом А расположены две сетки C в виде пластин с прорезями, параллельными катоду и аноду. Если обе сетки соединить, и между ними и катодом приложить ускоряющее напряжение, которое регулируется потенциометром R1 и измеряется вольтметром V (рис. 4), то ускоренные электроны после прохождения первой сетки будут двигаться с постоянной скоростью до второй сетки и попадут на анод. На своем пути электроны претерпевают упругие столкновения с атомами ксенона. Чем больше рассеяние, тем меньше анодный ток (измеряемый микроамперметром A), поскольку рассеянные электроны попадают на сетки и поглощаются ими.

Изменяя ускоряющее напряжение, можно построить вольтамперную характеристику тиратрона (зависимость анодного тока от ускоряющего напряжения), подобную изображенной на рис. 5. Очевидно, эта характеристика представляет собой обращенную зависимость эффективного сечения рассеяния электронов от их энергии (см. рис. 1), т. е. максимум анодного тока при энергии соответствует Рамзауэровской прозрачности ксенона, а минимум анодного тока при – максимальному рассеянию. Крутой излом при увеличении напряжения свыше связан с началом ионизации атомов электронными ударами.

  

     E'

  E"

Р и с. 5

Ход работы

U, B

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

I дел

4

20

36

48

52

52

50

46

42

U, B

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

3,2

3,4

3,6

I дел

40

36

32

30

28

27

26

25

24

U, B

3,8

4

4,2

4,4

4,6

4,8

5

5,2

5,4

I дел

23

22

22

22

22

24

24

24

26

U, B

5,6

5,8

6

6,2

6,4

6,6

6,8

7

I дел

26

27

28

28

30

32

34

36

ВАХ

0

10

20

30

40

50

60

0,2

0,8

1,4

2

2,6

3,2

3,8

4,4

5

5,6

6,2

6,8

U,B

I, дел

     =e·Umin= 1,1·e; =e·Umax= 4,3·e;

Глубина потенциальной ямы эВ;

Ширина потенциальной ямы ;

Вывод: Если электрон пролетает на некотором расстоянии от атома, то кулоновские силы приводят к его отклонению от первоначального направления, при этом с уменьшением скорости (энергии) электрона величина отклонения будет возрастать, так как медленные электроны дольше находятся вблизи атома, что приводит к более эффективному их взаимодействию. Эффект Рамзауэра можно довольно просто объяснить как следствие погашения отраженной (в трехмерном случае – рассеянной) волны при выполнении условия .


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33494. Необхідна оборона 27.5 KB
  підстава необхідної оборони складається з двох елементів а саме: 1 суспільно небезпечного посягання і 2 необхідності е його негайному відверненні чи припиненні Ознаки необхідної оборони визначені в ст. 36 КК характеризують: 1 мету оборони; 2 спрямованість об'єкт заподіяння шкоди; 3 характер дій того хто захищається; 4 своєчасність і 5 співрозмірність оборони. Мета необхідної оборони. 36 КК метою необхідної оборони є захист охоронюваних законом прав та інтересів особи яка захищається або іншої особи а також суспільних...
33495. Обєкт злочину 44 KB
  Об‘єкт як елемент складу злочину це цінності що охороняються кримінальним законом проти яких спрямоване злочинне діяння і яким воно може заподіяти або спричинити шкоду. Структура об‘єкта злочину та функціональне значення його компонентів: Охоронювані кримінальним законом цінності: 1.ПредметиНа що діє суб‘єкт злочину посягаючи на блага.
33496. Обєктивна сторона 30 KB
  Обєктивна сторона злочину — це зовнішня сторона (зовнішнє вираження) злочину, що характеризується суспільна небезпечним діянням (дією чи бездіяльністю), суспільна небезпечними наслідками, причинним
33497. Обмеження волі 25 KB
  Обмеження волі (ст. 61 КК) — це основний вид покарання, який полягає в триманні засудженого в кримінально-виконавчій установі відкритого типу — виправному центрі (статті 11, 16, 56 КВК) без ізоляції від суспільства
33498. Поняття неосудності 35.5 KB
  19 дається законодавче визначення поняття неосудності з якого випливає що неосудною визнається така особа яка під час вчинення суспільне небезпечного діяння передбаченого КК не могла усвідомлювати свої дії бездіяльність або керувати ними внаслідок хронічного психічного захворювання тимчасового розладу психічної діяльності недоумства або іншого хворобливого стану психіки. Медичний критерій окреслює всі можливі психічні захворювання що істотно впливають на свідомість і волю людини. Хоча і при цих захворюваннях можливі так звані...
33499. Структура кримінального закону 39.5 KB
  Тлумачення закону полягає у з'ясуванні і всебічному розкритті його змісту з метою його точного застосування. Тлумачення закону поділяється на види залежно від суб'єкта тлумачення прийомів засобів та обсягу тлумачення. Залежно від суб'єкта який роз'яснює закон розрізняють легальне або офіційне судове і наукове або доктринальне тлумачення. Легальним офіційним зветься тлумачення що здійснюється органом державної влади уповноваженим на те законом.
33500. Повторність злочинів 27 KB
  Повторність злочинів як випливає із цих статей КК припускає наявність таких ознак: а особою групою осіб вчинено два або більше самостійних одиничних злочинів. Види повторності злочинів. Два види повторності злочинів: 1 повторність злочинів не пов'язана з засудженням винного за раніше вчинений ним злочин; 2 повторність злочинів пов'язана з засудженням винного за раніше вчинений ним злочин.
33501. Позбавлення волі на певний строк 29 KB
  Позбавлення волі є основним покаранням і застосовується за вчинення злочинів що становлять значну тяжкість коли виходячи із характеру і ступеня їх суспільної небезпечності і з урахуванням особи винного необхідна його ізоляція від суспільства. Позбавлення волі пов'язане з істотними правообмеженнями для засудженого. На засудженого до позбавлення волі справляється певний вплив: він перебуває в умовах відповідного режиму залучається до праці а у разі необхідності до професійного і загальноосвітнього навчання з ним ведеться систематична...
33502. Поняття кримінального закону, його джерела 34 KB
  Кримінальний закон в найбільш широкому розумінні це система законодавчих актів України та імплементованих у них положень міжнародних договорів що містять норми кримінального права. Кримінальний закон у більш вузькому розумінні це законодавчий акт ВР України який містить одну кілька або систему взаємопов‘язаних і взаємоузгоджених кримінальноправових норм. Концептуальним джерелом яке містить норми прямої дії є Конституція України. Основним національним джерелом кримінального законодавства є КК України де сукупність...