Номер 3, страница 286 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Глава 11. Атомная физика. Параграф 75. Квантовые постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору. Обсудить в классе - номер 3, страница 286.

Условие.

Обсудите, что значит квантование какой-либо физической величины.

Решение.

Решение 2.

Обсудите, что значит квантование какой-либо физической величины.

Решение

Квантование физической величины — это фундаментальное понятие квантовой физики, которое означает, что некоторая физическая величина может принимать не любые произвольные значения из непрерывного диапазона, а только определённые, дискретные (прерывистые) значения. Процесс изменения такой величины происходит скачками, порциями, которые называются квантами.

Можно провести простую аналогию. Если рассматривать высоту, на которой может находиться объект, то пандус позволяет находиться на любой высоте (непрерывная величина), а лестница — только на высоте ступенек (дискретная, или квантованная, величина). В данном случае «квантом» высоты будет высота одной ступеньки.

Рассмотрим ключевые примеры квантования в физике:

• Квантование электрического заряда. Было экспериментально установлено, что электрический заряд любого тела или частицы всегда кратен элементарному электрическому заряду $e$, равному по модулю заряду электрона ($e \approx 1,602 \cdot 10^{-19}$ Кл). Формула для любого заряда $q$ выглядит так: $q = n \cdot e$, где $n$ — целое число (положительное или отрицательное). Не существует в природе объектов с зарядом $0,5e$ или $2,7e$. Таким образом, элементарный заряд $e$ является квантом электрического заряда.
• Квантование энергии электромагнитного излучения. В 1900 году Макс Планк предположил, что энергия излучается и поглощается не непрерывно, а дискретными порциями — квантами. Позже эти кванты света назвали фотонами. Энергия одного фотона связана с частотой излучения $\nu$ формулой Планка: $E = h\nu$, где $h \approx 6,626 \cdot 10^{-34}$ Дж·с — постоянная Планка. Это означает, что порция света с частотой $\nu$ может передать энергию, равную только целому числу фотонов, то есть $n \cdot h\nu$.
• Квантование энергии в атомах. Согласно квантовой механике, электроны в атоме не могут иметь произвольную энергию. Они могут занимать только строго определённые стационарные состояния (орбитали), каждому из которых соответствует свой дискретный уровень энергии. Переход электрона с одного энергетического уровня на другой сопровождается излучением или поглощением кванта энергии (фотона), энергия которого в точности равна разности энергий этих уровней: $\Delta E = E_2 - E_1 = h\nu$. Это объясняет, почему атомы имеют линейчатые, а не сплошные спектры.

В отличие от квантовой механики, в классической физике такие величины, как энергия или момент импульса, считаются непрерывными. Например, скорость, а следовательно и кинетическая энергия макроскопического тела, может изменяться плавно и принимать любые значения.

Ответ: Квантование физической величины — это её свойство принимать только определённые, дискретные значения из некоторого набора, а не любые значения из непрерывного интервала. Величина изменяется скачкообразно, минимальная порция изменения называется квантом. Яркими примерами квантуемых величин являются электрический заряд (квантуется порциями элементарного заряда $e$), энергия электромагнитного излучения (квантуется порциями $h\nu$) и энергия электронов в атомах (существуют дискретные энергетические уровни).