KURZUS: Mérnöki fizika

MODUL: Atom- és magfizika

17. lecke: A kvantummechanika alapgondolatai

A kvantummechanika alapgondolatai

A jegyzet feldolgozandó fejezetei:

  • A kvantummechanika alapgondolatai, szemlélete (és alfejezetei)

Tanulási célok:

A lecke anyagának feldolgozása után Ön képes lesz:

  • Ismertetni a kvantummechanika képét a részecskék természetéről.
  • Felírni és értelmezni a a Heisenberg-féle határozatlansági relációkat.
  • A hullámfüggvény fogalmát és szemléletes jelentését meghatározni.
  • Az alagút-effektus jelenségét ismertetni.

Támpontok a tanuláshoz

Ez a fejezet a kvantummechanikába kíván betekintést nyújtani. A témakör a modern fizika egyik legfontosabb fejezete és teljes megértése a rendelkezésünkre állónál jóval nagyobb idő alatt és magasabb matematikai ismeretek segítségével lenne lehetséges. Ezért a közölt állításokból sokat csak bizonyítás nélkül, esetleg szemléletes rávezetéssel tartalmaz a jegyzet.

Ennek megfelelően nem követelmény az egyes állítások közti logikai kapcsolat pontos visszaadása, hisz a jegyzet sem tartalmazza azt. A szemléletbeli dolgok (hullámfüggvény, határozatlanság, alagúteffektus) olyan mélységű megértése, hogy a jegyzetbeli és a leckevégi kérdésekre válaszolni tudjon, követelmény.

A határozatlansági relációkkal kapcsolatban néhány egyszerű számítási feladat is szerepel a lecke anyagában. Ezek feldolgozásánál ügyeljen az eredmények nagyságrendjére.

Ellenőrző kérdések
1. Mit fejez ki a Heisenberg-féle határozatlansági reláció?
Azt, hogy a mikrovilágban bizonyos mennyiségek nem mérhetők egyszerre tetszőleges pontossággal.
Azt, hogy méréseink a mérőműszereink tökéletlensége miatt sohasem lehetnek tökéletesen pontosak.
Azt, hogy egy test helyzeti és mozgási energiájának össze határozatlan.
Azt, hogy egy atom tömegét és az atom által kibocsátott elektron energiáját nem tudjuk egyszerre tetszőleges pontossággal meghatározni.
2. Melyik állítás a hamis?
Mikrorészecskéknek olyan térrészen való áthaladását, amelynek potenciális energiája nagyobb, mint a részecske összes energiája, alagúteffektusnak nevezzük.
A Pauli -féle kizárási elv azt fejezi ki, hogy egy atomon belül nem létezhet két vagy több elektron ugyanabban a kvantumállapotban.
A hullámfüggvény segítségével meghatározható az elektronok pontos helye az elektronburokban.
3. Egy tipikus atommag sugara kb. 5*10-15 m. Feltételezve, hogy a proton helybizonytalansága a magban ugyanekkora, mekkora a proton energiájának a bizonytalansága?
150 keV.
420 keV.
310 keV.
670 keV.
4. Egy elektron gerjesztett állapotának élettartama 10-7 s. Mekkora a gerjesztett állapot energiájának bizonytalansága?
5,28*10-28 J.
2,23*10-42 J.
7,62*10-7 J.
1,6*10-19 J.