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

53 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

65735. Удосконалення розрахунку напружено-деформованого стану мостових конструкцій з урахуванням динамічного впливу вантажних поїздів 697.5 KB
  Штучні споруди є невідємною та важливою складовою транспортної системи країни однак до цього часу в Україні відсутні рекомендації з визначення швидкісних режимів руху поїздів мостами. Більш ніж 10 залізничних мостів в Україні внаслідок наявності дефектів є барєрними обєктами що призводить...
65736. ЖАНРОВІ МОДИФІКАЦІЇ В ПОЕЗІЇ В. СКОТТА ТА ПОЕТІВ-«ЛЕЙКІСТІВ» 139.5 KB
  Скотта і поетів лейкістів яких обєднували схожі світоглядні позиції та напрямки естетичних пошуків ще недостатньо повно висвітлені в науці особливо в аспекті засвоєння народних традицій що вплинули на картину світу британського романтизму на його ранньому етапі й зумовили подальші художні відкриття.
65737. МОДЕЛЮВАННЯ І ПРОГНОЗУВАННЯ ДІЇ НЮХОВОГО НАНОБІОСЕНСОРА НА ОСНОВІ МОЛЕКУЛИ БІЛКА ТИПУ GPCR 481.5 KB
  Причинами цього є поперше те що сучасна кремнієва електроніка досягає межі мініатюризації і для виведення її на якісно новий рівень розвитку створення так званого квантового комп'ютера необхідна нова фізична елементна база з елементами розміру порядку нанометра тобто розміру молекули.
65738. Робота та розрахунок сталевих нагельних з’єднань дерев’яних конструкцій за повторних навантажень 1.33 MB
  Велике значення мають дослідження міцнісних і деформативних характеристик нагельних з'єднань дерев'яних елементів при одноразових та повторних навантаженнях оскільки при експлуатації значна кількість дерев'яних конструкцій знаходяться саме в таких умовах.
65739. ПРАВОВЕ РЕГУЛЮВАННЯ ПРОТИДІЇ ІНФОРМАЦІЙНИМ ВІЙНАМ В УКРАЇНІ 155.5 KB
  Незважаючи на надзвичайну важливість забезпечення належного функціонування всіх сфер життєдіяльності людини суспільства та держави необхідність ефективного забезпечення інформаційної безпеки держави зокрема шляхом вироблення надійного механізму протидії інформаційним війнам...
65740. СТАН АНТИОКСИДАНТНОЇ СИСТЕМИ ТА НЕСПЕЦИФІЧНА РЕЗИСТЕНТНІСТЬ У ТВАРИН ЗА ДІЇ ПРОБІОТИКІВ БПС 44 ТА БПС Л 227.5 KB
  Мета роботи: зясувати вплив пробіотичних препаратів БПС44 та БПСЛ на стан антиоксидантної системи та неспецифічну резистентність молодняку великої рогатої худоби ВРХ та свиней; встановити фактори антагоністичної дії штамів бактерій компонентів пробіотиків.
65741. ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЯКОСТІ ПОСЛУГ ПЕРЕДАЧІ МУЛЬТИМЕДІА МЕРЕЖАМИ НОВОГО ПОКОЛІННЯ 1.25 MB
  Даний процес може сприяти виникненню проблем які повязані із гарантуванням рівня якості обслуговування мереж передачі мультимедійної інформації. Передплатники цих систем передачі мультимедійної інформації вимагають надання нових послуг які можуть бути доступними в будь якому місці...
65742. КІНЕМАТИЧНІ ПАРАМЕТРИ ГАЛАКТИКИ ЗА ДАНИМИ СУЧАСНИХ АСТРОМЕТРИЧНИХ КАТАЛОГІВ 3.19 MB
  Оскільки масових визначень променевих швидкостей поки що недостатньо для детальних кінематичних досліджень Галактики власні рухи зір є єдиним численним джерелом даних для таких досліджень. При цьому як зазначалось ще Дю Монтом дуже важливо мати...
65743. РАННЯ ДIАГНОСТИКА ТА ПРОГНОЗУВАННЯ БРОНХОЛЕГЕНЕВОЇ ДИСПЛАЗІЇ У НЕДОНОШЕНИХ НОВОНАРОДЖЕНИХ 356.5 KB
  Упровадження сучасних технологій виходжування недоношених новонароджених високотехнологічних методик ШВЛ використання сурфактанту призвело до збільшення виживаності недоношених новонароджених що у свою чергу вплинуло на збільшення частоти БЛД. На сьогоднішній день існує безліч суперечок і питань у профілактиці та лікуванні БЛД.