ВСЕ К ЭКЗАМЕНУ 2015 (Шпорки)

Посмотреть архив целиком

Билет 1

1. Спонтанное и индуцированное вынужденное излучение. Коэффициенты «А» и «В» Эйнштейна.

Процесс испускания фотона возбужденным атомом без внешних воздействий называется спонтанным излучением.

Если на атом, находящийся в возбужденном состоянии, действует внешнее излучение с частотой, удовлетворяющей условию hv=E2-E1, то возникает вынужденный (индуцированный переход), с той же энергией hv=E2-E1.

- скорость спонтанных переходов атомов из возбужденного состояния в основное. А – вероятность этого перехода.

- скорость процесса поглощения энергии излучения. В12 – вероятность поглощения.

- при Т -> ∞ правая часть -> А/В12, а левая ∞. Абсурд получается. Поэтому необходим еще один процесс - процесс вынужденного излучения:

теперь оно непротиворечиво даже при . Действительно, теперь и левая и правая части равенства содержат неограниченно растущий при множитель .

2. Лептонный заряд элементарных частиц. Закон его сохранения.

Лептонный заряд - разность числа лептонов (фундаментальные частицы с полуцелым спином, не участвующие в сильном взаимодействии) и антилептонов в данной системе.




Билет 2

1. Принцип работы лазера. Особенности лазерного излучения. Основные типы лазеров. Их применение.

Для создания инверсии заселенностей уровней в лазерах наиболее часто используется метод трех уровней. Энергетический спектр атомов (ионов) содержит три уровня с энергиями , и . Верхний уровень на самом деле представляет собой достаточно широкую полосу, образованную совокупностью близко расположенных уровней. Главная особенность трехуровневой системы состоит в том, что уровень 2, расположенный ниже уровня 3, должен быть метастабильным уровнем. Переход 2-1в такой системе запрещен законами квантовой механики. Запрет связан с нарушением правил отбора квантовых чисел для такого перехода. Попав в такое метастабильное состояние, атом задерживается в нем. Это обеспечивает возможность накопления возбужденных атомов с энергией . Поэтому удается создать инверсную заселенность уровней 1 и 2. Процесс сообщения рабочему телу лазера для перевода атомов в возбужденное состояние называют накачкой.

Для того, чтобы такой оптический усилитель превратить в оптический генератор когерентного лазерного излучения, необходимо усиленный пучок излучения снова направить в активную среду. Такую обратную связь обеспечивает оптический резонатор, состоящий из двух строго параллельных плоских зеркал, расположенных вблизи торцов рубинового стержня.

Типы лазеров:

  • По типу активной среды (твердотельные, газовые, полупроводниковые …)

  • По методу накачки (оптические, тепловые, химические, электрические…)

  • По режиму генерации (непрерывного, импульсного воздействия)

2. Барионный заряд элементарной частицы, закон его сохранения.

Барионный заряд (барионное чис­ло, В), одна из внутренних характеристик элементарных частиц, отличная от нуля для ба­рионов и равная нулю для всех осталь­ных частиц. Барионный заряд барионов полагают равным единице, а антибарионов - минус единице. Барионный заряд системы частиц ра­вен разности между числами барионов и антибарионов в системе. В частности, барионный заряд атомных ядер равен их массовому чис­лу.

Барионное число приблизительно сохраняется во всех взаимодействиях «Стандартной модели». «Сохранение» означает, что сумма барионных чисел всех частиц в начале реакции равна сумме барионных чисел всех частиц в конце реакции.



Билет 3

1. Принцип неразличимости тождественных частиц в квантовой механике.

Принцип тождественности одинаковых частиц: «В системе одинаковых частиц реализуются лишь такие состояния, которые не меняются при перестановке частиц местами»

Если,то симметричная ф-ия.

Если,то антисимметричная ф-ия.

Частицы, состояния которых описываются симметричными волновыми функциями, называются бозе-частицами или бозонами.Частицы, состояния которых описываются антисимметричными волновыми функциями, называются ферми-частицами или фермионами.

Принцип Паули: «В системе тождественных фермионов не может быть двух частиц, находящихся в одном и том же квантовом состоянии».

2. Активность радиоактивного препарата. Ее физический смысл.

Активность, А – число распадов в единицу времени. А=dN/dt.

[А]= 1Бк (беккерель)



Билет 4

1. Эмиссия электрона из металла. Эффект Шотки. Холодная эмиссия.

Электроны проводимости в металле находятся в беспорядочном движении. Наиболее быстро движущиеся электроны, обладающие достаточно большей кинетической энергией, могут вырываться из металла в окружающее пространство. При этом они совершают работу.

Холодная эмиссия – испускание электронов твёрдыми и жидкими проводниками под действием внешнего электрического поля Е высокой напряжённости. Ток эмиссии (j) — результат туннельного «просачивания» электронов сквозь потенциальный барьер, существующий на границе проводник — вакуум (или др. среда).

δ - доля энергии электрона, связанная с компонентой его импульса, нормальной к поверхности проводника, Е — напряжённость электрического поля у поверхности, е — заряд электрона, D - прозрачность барьера.

Эмиссии электронов из металла препятствует потенциальный барьер, образованный из электрических сил изображения. Снижение этого барьера по мере увеличения прилагаемого внешнего электрического поля называется эффектом Шоттки.

2. Постоянная радиоактивного распада λ. Ее физический смысл.

Постоянная распада, λ – вероятность распада в 1с. Равна доле ядер, распавшихся за единицу времени.


Билет 5

1. Статистика Бозе-Эйнштейна. Ф-ия распределения Бозе-Эйнштейна. Свойства идеального бозе-газа.





2. Виды взаимодействий элементарных частиц.

Процессы, в которых участвуют различные элементарные частицы, сильно различаются по энергиям и характерным временам их протекания. Согласно современным представлениям, в природе осуществляется четыре вида взаимодействий, которые не могут быть сведены к другим, более простым видам: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Эти виды взаимодействий называют фундаментальными.

















Билет 6

1. Статистика Ферми-Диракка. Ф-ия распределения Ферми-Диракка. Вырожденный электронный газ. Энергия Ферми.

Вырожденный электронный газ - газ, свойства которого существенно отличаются от свойств классического идеального газа из-за неразличимости одинаковых частиц в квантовой механике. Газ, состоящий из квантовых частиц, оказывается вырожденным тогда, когда среднее расстояние между частицами <a> становится меньше или сравнимым с дебройлевской длиной волны частицы λб.

Энергия Ферми, ЕФ – значение энергии, ниже которой при температуре абсолютного нуля Т=0 К, все энергетические состояния системы частиц, подчиняющихся Ферми — Дирака статистике, заняты, а выше — свободны.

Уровень Ферми — некоторый условный уровень, соответствующий энергии Ферми системы фермионов; в частности электронов твердого тела, играет роль химического потенциала для незаряженных частиц. Статистический смысл уровня Ферми — при любой температуре его заселенность равна 0,5.

2. Закон радиоактивного распада.


Билет 7

1. Работа выхода Электрона из металла. Термоэлектронная эмиссия. Формула Ричардсона-Дэшмана.

Электроны проводимости в металле находятся в беспорядочном движении. Наиболее быстро движущиеся электроны, обладающие достаточно большей кинетической энергией, могут вырываться из металла в окружающее пространство. При этом они совершают работу.

Термоэлектронная эмиссия (эффект Ричардсона) — явление испускания электронов нагретыми телами.

Плотность тока насыщения определяется формулой Ричардсона — Дешмана, выведенной теоретически на основе квантовой статистики:

j = CT2e A / kT,

где А — работа выхода электронов из катода, Т — термодинамическая температура, С — постоянная, теоретически одинаковая для всех металлов.

2. Постоянная радиоактивного распада λ. Ее физический смысл.

Постоянная распада, λ – вероятность распада в 1с. Равна доле ядер, распавшихся за единицу времени.



Билет 8

1. Эмиссия электрона из металла. Эффект Шотки. Холодная эмиссия.

Электроны проводимости в металле находятся в беспорядочном движении. Наиболее быстро движущиеся электроны, обладающие достаточно большей кинетической энергией, могут вырываться из металла в окружающее пространство. При этом они совершают работу.

Холодная эмиссия – испускание электронов твёрдыми и жидкими проводниками под действием внешнего электрического поля Е высокой напряжённости. Ток эмиссии (j) — результат туннельного «просачивания» электронов сквозь потенциальный барьер, существующий на границе проводник — вакуум (или др. среда).

δ - доля энергии электрона, связанная с компонентой его импульса, нормальной к поверхности проводника, Е — напряжённость электрического поля у поверхности, е — заряд электрона, D - прозрачность барьера.

Эмиссии электронов из металла препятствует потенциальный барьер, образованный из электрических сил изображения. Снижение этого барьера по мере увеличения прилагаемого внешнего электрического поля называется эффектом Шоттки.


2. Какова модель адронов. Принцип бесцветности кварков.

Каждый кварк может существовать в трех «окрашенных» формах: красный, желтый и голубой (в сумме «нулевой» цвет).

Сочетание цветов кварков в адронах должно быть таким, чтобы средний цвет адрона был нулевым.



Билет 9

1. Зонная теория твердых тел. Структура зон в металлах, полупроводниках, диэлектриках.

На валентные электроны в кристалле действует периодическое поле решетки, что приводит к тому, что спектр возможных значении энергии валентных электронов распадается на ряд чередующихся разрешенных и запрещенных зон. В пределах разрешенных зон энергия изменяется квазинепрерывно. Значения энергии, принадлежащие запрещенным зонам, не могут реализоваться. Валентной зоной (в случае металла ее также называют зоной проводимости) называют разрешенную зону, возникшую из того уровня, на котором находятся валентные электроны в основном состоянии атома. В случае Me электроны заполняют валентную зону неполностью, поэтому достаточно сообщить электронам совсем небольшую энергию (10-22 эВ), чтобы перевести их на более высокие уровни. В случаях полупроводника и диэлектрика уровни валентной зоны полностью заняты электронами. Для того чтобы увеличить энергию электрона необходимо сообщить ему кол-во энергии ≥, чем ширина запрещенной зоны. Если эта ширина невелика (несколько десятых эВ), то энергии теплового движения оказывается достаточно. Свободная зона окажется для них зоной проводимости. Такое вещество – полупроводник. Если ширина запрещенной зоны порядка нескольких эВ, тепловое движение не сможет забросить в свободную зону заметное число электронов. В этом случае кристалл – диэлектрик.

2. Среднее время жизни радиоактивного ядра. Его связь с постоянной распада.

Среднее время жизни, τ: τ=1/λ


Билет 10

1. Собственная проводимость полупроводников. Концентрация электронов и дырок. Температурная зависимость проводимости беспримесных полупроводников. Уровень Ферми.

Собственная проводимость возникает в результате перехода электронов с верхних уровней валентной зоны в зону проводимости. При этом в зоне проводимости появляется несколько носителей тока – электронов, занимающих место вблизи дна зоны; одновременно в валентной зоне освобождается такое же число мест на верхних уровнях, в результате чего появляются дырки. Типичные полупроводники – кремний и германий.

В собственном полупроводнике одинаковые концентрации э-нов и дырок будут равны

где А – коэф. пропорциональности.

Уровень Ферми в чистых полупроводниках.

,

где ΔЕ – ширина запрещенной зоны, а mД* и mЭ* - эффективные массы электрона и дырки. Обычно второе слагаемое пренебрежимо мало, поэтому можно сказать, что уровень Ферми для чистых полупроводников лежит посередине запрещенной зоны.

Электропроводность собственных полупроводников: , где ΔE - ширина запрещенной зоны, σ0 - величина, изменяющаяся с температурой гораздо медленнее, чем экспонента, поэтому ее в первом приближении можно считать константой.

2. Принцип Паули для частиц тождественных фермионов.

В системе тождественных фермионов не может быть двух частиц, находящихся в одном и том же квантовом состоянии.









Билет 11

1. Примесная проводимость полупроводников. Концентрация носителей в полупроводнике р-типа. Уровень Ферми. Температурная зависимость.

Примеси приводят к появлению избыточного количества или свободных электронов, или дырок. Их называют соответственно донорными примесями (n-типа) или акцепторными примесями (р-типа). Акцепторные полупроводники - получаются при добавлении в полупроводник элементов, с меньшей валентностью. В таком случае в кристалле образуется избыток дырок. С ростом температуры различие увеличивающихся концентраций электронов и дырок станет менее заметно, так как они отличаются на малую величину - концентрацию акцепторных уровней. Акцепторный характер полупроводника при этом будет все менее и менее выражен. И, наконец, при еще большем повышении температуры концентрация носителей заряда в полупроводнике станет очень большой, и акцепторный полупроводник станет аналогичен сначала беспримесному полупроводнику, а затем - проводнику.

2. Основные свойства лазерного излучения.






Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.