原子的結構

 

原子假說的印證

物質可以無限細分下去嗎?

原子論的復興

道耳吞學說-化合物的固定比例組合

氣體動力論

布朗運動的擴散係數

晶體結構與繞射

費曼的選擇

 

原子的模型

拉塞福 - 核桃而非西瓜

用 alpha 粒子打金箔,竟然有大角度反射,甚至 180 度。

拉塞福回憶說,那時的感覺,就像拿砲彈把一張紙,而看到砲彈被彈回那般令人驚訝。

 

一個操場的中間有一個顆棒球,這就是大致的原子與原子核比例大小。

 

卡文迪西實驗室的吉祥物-鱷魚,的典故

(1) 沼澤 (2) 聲音 (3) 英雄強人

 

為何原子是穩定的?

電子在受加速運動時的發出電磁波,並消耗系統的能量

 

波爾模型與原子光譜

光譜儀分光

不目的物質燃燒會有不同的顏色,這就是煙火能有各式各樣不同之光色的原因

利用光柵分光可以把可見光範圍的電磁波作解析度很高的分光,

 

s, p, d, f 的命名

Sharp, principle, defuse, fundamental

 

Balmer 與氫原子光譜

光譜儀分解出 複雜的 氫原子光譜。

瑞典中學教師 Balmer 用藝術般的方式把 頻率擬合到精準的公式規則上

v = R' ( 1/22 - 1/n2 )

其中 R' 來自光譜本身。他甚至認為這是另一個更一般性公式

v = R' ( 1/n12 - 1/n22 )

的特殊情況。

E=E_i-E_f=R_E \left( \frac{1}{n_{f}^2} - \frac{1}{n_{i}^2} \right) \,

進個公式懸而未解 30 年。

 

原子是穩定的

從實際的經驗,原子是穩定存在的事實,電子沒有塌陷到原子核上

 

波爾模型 (1913)

系統有能階,電子在能階間跳躍。

E3 = Rω2 (束縛能的古典公式)

E = nα h ω(電子必須遵從的額外指令)

E1 - E2 = h ν

前兩式合併消除 角頻率 ω,得

E = R / (α2 h2 n2)

再將上式束縛能寫成 E1、E2 並相減,得

 

hv = R/(α2 h2)  ( 1/n12 - 1/n22 )

最後得(用了對應性論述,要求 α 必需是 1/2 )

v = 4R/ h3  ( 1/n12 - 1/n22 )

 

波爾之後經常使用同一個物理量的古典與量子定義來推的等同演公式,最終發展成 "對應性原理 (correspondence principle)",並為海森堡的量子力學版本奠下基石。

後來的故事:要求電子軌道的角動量必須是量子化的,也可以想成是要求波的振幅繞了一圈要接回來。由於波振盪一週期要通過零兩次,因此只能有無節點、兩節點、四節點 ... 的情況。

 

L = n\frac{h}{2\pi},

File:Bohr atom model English.svg

(Bohr not agree with matter wave concepts)

 

 

放射性

無意中發現的放射性

居禮從被感光的底片中它間發現放射性元素的存在,

 

放射性與元素蛻變

元素竟然會轉變成另一種元素(豈不是煉金術實現嗎?可惜並不容易)

 

粒子射線

alpha (氦原子核), beta (電子), gamma (光子)

荷質比(利用行進中之電荷會受磁場偏轉,即勞倫玆力)、密利根油滴實驗

 

原子核

質子與中子

統稱核粒子,由三個夸克構成

夸克有 up (+2/3) 與 down (-1/3),及在加速器中看到的高能量的 top 與botton ,以及 charm 與 strange

質子由 u u d 構成帶電 +1,中子由 u d d 構成,中性不帶電 ( 2/3 - 1/3 - 1/3 = 0 )

 

原子核的分裂

 

連鎖反應

鈾235 + n -> Kr + Ba + (2,3) n

 

臨界質量

http://en.wikipedia.org/wiki/Critical_mass

 

核能發電

輕水、重水式

http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%87%8D%E6%B0%B4

滋生式 (Breeder)

http://www.iner.gov.tw/siteiner/wSite/ct?xItem=5703&ctNode=394&mp=INER

 

延伸連結:核反應爐分類

http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=30765

 

雲霧室

利用過飽和氣體受擾動會有液體凝結(如噴射機雲),把粒子的軌跡記錄下來

 

基本粒子

重子 (barryon)、輕子 (lepton)、介子 (meson)

 

 

標準模型(基本粒子的週期表)

 

 

基本作用力

弱作用、強作用力、電磁力、重力

弱電統合

強、弱電統合

重力的困難

超弦理論與十一維空間

 

 

恆星的一生

恆星的演化與死亡(重力扮演很重要的角色)
http://phys.ncku.edu.tw/~astrolab/e_book/stellar_evolut/stellar_evolut.html

 

元素的誕生

最早宇宙氣體只有氫氣,隨著恆星的演化,不同種類的元素一步步被合成。

 

 

宇宙大霹靂

紅位移

二十世紀初期時發現,越遠恆星之光譜線其紅位移(即向能量低的一邊偏移,紅、藍是人類主觀說法)越大

如何知道恆星的遠近?

三角視差,地球有自轉與公轉,故離地球遠近不同的物體在歡察者的視線角度並不相同(相像坐火車行駛時看到的窗外景物)

光譜分光測定其絕對亮度(星等)與看起來的亮度(視星等)

 

背景幅射

4K

膨脹中的宇宙