«ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ В ВИДЕ КОРПУСКУЛ И ВОЛН И МОДЕЛЬ АТОМА» МИНСК, 2008 Принцип действия электронных, ионных и полупроводниковых приборов базируется на движении свобод¬ных частиц, которые благодаря своему заряду подвержены воздействию со стороны электрических и магнитных полей. Различают четыре группы частиц, используемых в этих приборах, а именно: электроны, ионы, нейтральные атомы, или молекулы, и кванты электромагнитного излучения (фотоны, кванты рентгеновского
и γ-излучения); свойства этих частиц и их поведение определяют принцип действия прибора. 1 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦАХ 1. Электрон. Заряд е=1,6*10-19 к (в уравнения под¬ставляется положительная величина). Масса m=9,1*10-28 г. e/m=1,76*108 к/г, или (в технической системе еди¬ниц) e/m≈1,8*1015 см2/в*сек2. m/mH=1/1835 (mH — масса атома водорода). Радиус r ≈ 10-13 см.
Энергия Ek¬ = 1/2 mv2 = eU. Скорость , км/сек. (1) 1.2. Ионы. В качестве примера приведены данные для иона Н+, иона Не+ и иона Hg+. Скорость иона можно определить из уравнения (1), если вместо m подставить массу иона mi, а вместо эле¬ментарного заряда е заряд иона qi (положительный). Ион Заряд* qi¬ , к Радиус ri , см Масса mi , г qi/mi , к/г
Н+ Не+ Hg+ 1,6*10-19 1,6*10-19 1,6*10-19 1,09*10-8 1,10*10-8 1,80*10-8 1,68*10-24 6,67*10-24 3,31*10-24 9,53*104 2,4*104 0,048*104 * Для однозарядных ионов; у многозарядных ионов заряд в кратное число раз больше. 3. Кванты излучения. (Оптическое, рентгеновское и радиоактивное излучение) «Масса» mф = Еф/с2 = h/сλ, Вт*сек3/см2 *. Энергия Eф = hv = hc/λ = eUф; отсюда следует: , в; λ[Å]. (2) Постоянная Планка h = 6,625*10-34 вт*сек2; v – ча¬стота, Гц; с – скорость света, см/сек; λ – длина волны, см, или Å; vλ = c, Uф – вольт-эквивалент энергии фото¬на, в. Энергия квантов оптического излучения в инфракрас¬ной области равна примерно 10-3 – 1,5 эв **, в видимой области 1,5 — 3,3 эв; в ультрафиолетовой области 3,3 — 102 эв. Энергия квантов рентгеновского излучения равна 0,1 – 1 000 кэв. Энергия β- и γ-излучения радиоактивных материалов от 0,01 до 10
Мэв [Со60 (γ): 1,33 Мэв, Sr90 (β): от 0,6 до 2,2 Мэв, Т3 (тритий) (β) : 0,018 Мэв]. Энергия космических лучей от 103 до 1012 Мэв. 2. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ В ВИДЕ КОРПУСКУЛ И ВОЛН Основные сведения об элементарных частицах, приве¬денные в разделе А, могут быть получены с помощью достаточно простых экспериментальных устройств.
1. Некоторые экспериментальные методы определения заряда, массы и длины волны электрона Определение заряда электрона е. Заряд электрона (элементарный заряд) е может быть определен посредст¬вом следующего опыта (опыт Милликена). В микроскоп наблюдают за движением по¬мещенной между обкладками конденсатора частицы, заряженной одним или несколь¬кими элементарными заря¬дами. Как видно из рис. 1, отрицательно заряженная в дуговом разряде капля мас¬ла помещается в воздухе между
обкладками горизон¬тально расположенного кон¬денсатора, к которым прило¬жено напряжение. На каплю действуют сила тяжести Мg (М — масса масляной кап¬ли, g – ускорение силы тя¬жести) и в противополож¬ном направлении сила со стороны приложенного поля еЕ и сила сопротивления воздуха 6πηiav, где ηi – коэф¬фициент вязкости воздуха, a – измеренный радиус ча¬стиц. Отсюда для случая равновесия (когда частица не¬подвижна, v = 0) справедливо соотношение