עקיפה והתאבכות של אלקטרונים
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 24

עקיפה והתאבכות של אלקטרונים הוכחה ניסיונית להתנהגות הגלית של האלקטרון PowerPoint PPT Presentation


  • 124 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

עקיפה והתאבכות של אלקטרונים הוכחה ניסיונית להתנהגות הגלית של האלקטרון. שולמית קפון המחלקה להוראת המדעים מכון וייצמן למדע כל הזכויות שמורות . תודה לצבי אריכא על העזרה בביצוע הניסוי ולדוקטור רמי אריאלי על הדיונים התיאורטיים. 25.1.07.

Download Presentation

עקיפה והתאבכות של אלקטרונים הוכחה ניסיונית להתנהגות הגלית של האלקטרון

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


5692105

עקיפה והתאבכות של אלקטרוניםהוכחה ניסיונית להתנהגות הגליתשל האלקטרון

שולמית קפון

המחלקה להוראת המדעים

מכון וייצמן למדע

כל הזכויות שמורות 

תודה לצבי אריכא על העזרה בביצוע הניסוי ולדוקטור רמי אריאלי על הדיונים התיאורטיים

25.1.07


5692105

דואליות החומרהנסיך לואי דה-ברוייפרס נובל לפיזיקה לשנת 1929

1923, ללא ביסוס ישיר על שום תוצאה ניסויית :

  • כשם שלאור יש תכונות של חלקיקים כך לחלקיקי החומר חייבות להיות תכונות של גלים

  • הנוסחאות הקושרות בין המאפיינים החלקיקים של הפוטון (תנע ואנרגיה), לבין המאפיינים הגליים שלו (תדירות ואורך גל) נכונות גם במקרה של חלקיקי חומר


1927 1937

1927 ביסוס ניסיוני ראשון קלינטון ג'וזף דוויסון ולסטר גרמרנובל 1937 (מחצית)

החזרה של אלומת אלקטרונים ממשטח מתכתי מלוטש :

לאלומה המוחזרת מקסימות ומינימות התלויות בזווית ההחזרה, בדומה לאלו הנצפות בהחזרה של קרני רנטגן מגביש.

התאבכות:

גלים יכולים לחזק זה את זה בנקודות מסוימות ולבטל זה את זה בנקודות אחרות


1927 19371

1927 ביסוס ניסיוני שני: ג'ורג' פאג'ט תומסוןנובל 1937 (מחצית)

אלומת אלקטרונים העוברת דרך שכבה דקה של חומר יוצרת על לוח צילום טבעות כהות ובהירות, בדומה לאלומת קרני X.


5692105

אורך גל דה ברויי של אלקטרונים המואצים במתח V

  • האנרגיה הקינטית של האלקטרון המואץ:

  • מהירות האלקטרון:

  • תנע האלקטרון:

  • אורך הגל של האלקטרון:


5692105

אורך גל דה ברווי של אלקטרונים המואצים במתח של קילו-וולטים בודדיםסדר גודל של אורכי הגל של קרינת X

  • אורך הגל של האלקטרון:

  • מתח האצה של 2000 וולט:

  • מתח האצה של 5000 וולט:

1nm=10-9m *


0 1nm

סריגי העקיפה – גבישים מחזוריים של חומר מוצק מרחק אופייני בין אטומים: 0.1nm

התנהגות "גלית":

אינטראקציה עם מערכות שמימדיהן מאותו סדר גודל של אורך הגל.

דוגמה:

תופעת ההתאבכות דרך סריג עקיפה d~10

גבישים מחזוריים של חומר מוצק יכולים לשמש כסריג עקיפה לאורכי גל בתחום קרינת X


5692105

השפופרת

סרטון – מערכת המדידה

דרישות טכניות: חיבור לרשת ברוחב פס של לפחות 750Kb/sec


5692105

גביש המטרה

  • עלה דק (מספר שכבות מולקולאריות ~ 10nm) של גרפיט (אחת הצורות הגבישיות של פחמן).

  • הגרפיט מנודפת על רשת ניקל: ממדי החורים ~ 10m.

  • צורת גביש הומוגני של גרפיט:

  • העלה אינו גביש הומוגני

    אלא אוסף גבישונים קטנים

    בכל האוריינטציות

    האפשריות במרחב


5692105

התאבכות ועקיפה בגביש

כל אטום ואטום מפזר את הגל הפוגע לכל הכיוונים במרחב

(זווית הפיזור: הזווית בין כיוון התקדמות הגל הפוגע לכיוון התקדמות הגל המתפזר)

  • הפיזור הנמדד – התאבכות:

  • סכימת הפיזורים של כל האטומים בגביש

  • כיוונים במרחב בהם הפיזור יהיה חזק (התאבכות בונה)

  • כיוונים במרחב בהםלא נמדוד כל פיזור (התאבכות הורסת)


5692105

הגביש המחזורי כאוסף מישורים מקבילים

  • הגביש המסודר תלת ממדי.

  • ניתן לתיאור ע"י אוסף מישורים מקבילים זהים, הנמצאים במרחקים קבועים זה מזה, ושהמרחק ביניהם d.


5692105

מגביש תלת-ממדי לסריג דו-ממדי

בזוויות פיזור קטנות:

פיזור מגביש מחזורי תלת ממדי אנלוגי לפיזור מסריג דו ממדי.

המרחק בין מישורי הגביש d שקול למרחק בין סדקים סמוכים בסריג.

תנאי להתאבכות בונה ( ברדיאנים, זוויות קטנות)


5692105

הרכבה של מספר סריגים דו-ממדיים

דוגמה להצלבה

של שני סריגים

דו ממדיים

המטרה שלנו

גרפיט


5692105

אוסף גבישונים בכיוונים אקראיים:תמונת ההתאבכות היא טבעת

סרטון – אנלוגיה אופטית לפולי-גביש

דרישות טכניות: חיבור לרשת ברוחב פס של לפחות 750Kb/sec

Cr2O3

פולי-גביש

(אוסף גבישים בכיוונים אקראיים)

Cr2O3

גביש אחיד


5692105

הניסוי

שינוי מתח ההאצה בין הקתודה והאנודה ומדידת קוטר טבעות העקיפה

סרטון – מדידה

דרישות טכניות: חיבור לרשת ברוחב פס של לפחות 750Kb/sec


5692105

ניתוח כמותי


5692105

האלקטרון מתנהג כגל המאופיין באורך גל דה-ברויי

שיפוע:

, פונקציה קווית!!!

ממציאת השיפוע (Slope) נמצא את הערך של d, המרחק בין מישורי הגביש


5692105

ניסוי כמותימדידת קוטר הטבעות כתלות במתח ההאצה

V=2400V


5692105

תוצאות


5692105

תוצאות


5692105

מסקנות

1. אלקטרון יכול להתנהג כגל.

2. אורך הגל של האלקטרון קשור לתנע הקווי שלו דרך נוסחת דה-ברויי:


5692105

הצדקת ההנחה על זוויות קטנות

54mm=0.054mDmax=

מתקיים עבור זוויות קטנות


5692105

סיכום

  • כשם שלאור יש תכונות של חלקיקים גם לחלקיקי החומר חייבות להיות תכונות של גלים

  • הגל הצמוד לאלקטרון מתבטא בהתנהגות של האלקטרון השונה מהתנהגותו של גוף "קלאסי" (עקיפת מחסומים, התאבכות וכד')

  • התופעות המאפיינות גלים באות לידי ביטוי (מדידה) כאשר האינטראקציה מתרחשת עם מערכות שמימדיהן מאותו סדר גודל של אורך הגל

  • האופי הגלי של חלקיקים לא בא לידי ביטוי בחיי היום יום שכן המסה הגדולה שלהם מובילה לאורכי גל קטנים כ"כ שאין בידינו אמצעים למדוד אותם:

    לדוגמה: אורך גל דה-ברויי של כדור שמסתוm=0.1Kgr הנע במהירות 25m/sec הוא מסדר גודל של 10-34m....


5692105

תכנון השיעור, בניית המצגת וההגשה:שולמית קפוןביצוע הניסוי:צבי אריכא ושולמית קפוןצילומי סטילס:צבי אריכא ושולמית קפוןצילום וידאו:יצחק ראובןעריכת וידאו: אסף מסעוד

  • מקורות:

  • הרצאת נובל של קלינטון דיוויסון http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1937/davisson-lecture.pdf

  • הרצאת נובל של ג. פ. תומסון

  • http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1937/thomson-lecture.html

  • Ashcroft, N., Mermin,D (1976). Solid state physics

  • Beard, D. S. (1972), Electron Diffraction in schools, Teltron limited

  • Electron diffraction tube, Teltron 555 (תדריך של החברה)

  • צביקה אריכא ורמי אריאלי, חוברת פעילויות נחמ"ד – קרינה וחומר.

  • נושאים בפיסיקה של המאה העשרים. רפי כהן, אורי גניאל, יורם קירש. הוצאת מכון וייצמן למדע, רחובות.

  • ציידי החלקיקים, יובל נאמן ויורם קירש.

  • תמונות:

  • http://www.rpi.edu/~schubert/

  • http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/

  • http://wwwrsphysse.anu.edu.au/ampl/research/highpage4.php

  • http://www.chem.wisc.edu/~newtrad/CurrRef/BDGTopic/BDGtext/BDGGraph.html

  • http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/xray-diffraction/bragg.php

  • http://en.wikipedia.org/wiki/Bragg_diffraction

  • http://www.chemistry.wustl.edu/~edudev/LabTutorials/Water/PublicWaterSupply/PublicWaterSupply.html


  • Login