Atom fiziği - Atomic physics

Atom fiziği , atomları izole bir elektron sistemi ve bir atom çekirdeği olarak inceleyen fizik alanıdır . Temelde çekirdek etrafındaki elektronların düzenlenmesi ve bu düzenlemelerin değiştiği süreçlerle ilgilidir. Bu, iyonları , nötr atomları içerir ve aksi belirtilmedikçe, atom teriminin iyonları kapsadığı varsayılabilir .

Atom fiziği terimi , standart İngilizce'de atom ve nükleerin eşanlamlı kullanımı nedeniyle nükleer güç ve nükleer silahlarla ilişkilendirilebilir . Fizikçiler atom ayırt fizik-ki bir çekirdek ve elektron-ve aşağıdakilerden oluşan bir sistem olarak atomu ile fiyatları nükleer fizik , bu çalışmalar, nükleer reaksiyonlar ve özel özellikleri atom çekirdeklerinin .

Pek çok bilimsel alanda olduğu gibi, katı bir tanımlama son derece yapmacık olabilir ve atom fiziği genellikle daha geniş atomik, moleküler ve optik fizik bağlamında düşünülür . Fizik araştırma grupları genellikle çok sınıflandırılır.

İzole atomlar

Atom fiziği öncelikle atomları ayrı ayrı ele alır. Atom modelleri, bir veya daha fazla bağlı elektronla çevrili olabilen tek bir çekirdekten oluşacaktır. Moleküllerin oluşumu ile ilgilenmez (fiziğin çoğu aynı olmasına rağmen) ve atomları katı halde yoğun madde olarak incelemez . Fotonlar tarafından iyonizasyon ve uyarılma veya atomik parçacıklarla çarpışma gibi süreçlerle ilgilidir .

Atomları izole bir şekilde modellemek gerçekçi görünmese de, bir gaz veya plazmadaki atomlar düşünülürse , atom-atom etkileşimleri için zaman ölçekleri, genel olarak kabul edilen atomik süreçlere kıyasla çok büyüktür. Bu, tek tek atomların, çoğu zaman oldukları gibi, her biri ayrı ayrı ele alınabileceği anlamına gelir. Bu düşünceyle atom fiziği, her ikisi de çok sayıda atomla uğraşsa da , plazma fiziği ve atmosferik fiziğin altında yatan teoriyi sağlar .

Elektronik konfigürasyon

Elektronlar çekirdeğin etrafında kavramsal kabuklar oluşturur. Bunlar normalde temel haldedir, ancak ışıktan ( fotonlar ), manyetik alanlardan veya çarpışan bir parçacıkla (tipik olarak iyonlar veya diğer elektronlar) etkileşimden enerjinin emilmesiyle uyarılabilir .

Bohr modelinde, n=3 olan bir elektronun, bir fotonun yayıldığı n=2 kabuğuna geçişi gösterilmektedir. Kabuktan (n=2) bir elektron iyonizasyon yoluyla önceden alınmış olmalıdır.

Bir kabuğu dolduran elektronların bağlı durumda oldukları söylenir . Bir elektronu kabuğundan çıkarmak (sonsuza kadar götürmek) için gerekli olan enerjiye bağlanma enerjisi denir . Elektron tarafından bu miktarı aşan herhangi bir enerji miktarı, enerjinin korunumuna göre kinetik enerjiye dönüştürülür . Atomun iyonlaşma sürecinden geçtiği söylenir .

Elektron, bağlanma enerjisinden daha az bir miktarda enerji emerse, uyarılmış bir duruma aktarılacaktır . Belirli bir süre sonra, uyarılmış durumdaki elektron daha düşük bir duruma "atlayacaktır" (bir geçişe uğrayacaktır). Nötr bir atomda, enerji korunduğu için sistem enerji farkının bir fotonu yayar.

Bir iç elektron, bağlanma enerjisinden daha fazlasını emdiyse (böylece atom iyonlaşır), o zaman daha dıştaki bir elektron, iç yörüngeyi doldurmak için bir geçişe maruz kalabilir. Bu durumda, görünür bir foton veya karakteristik bir x-ışını yayınlanır veya Auger etkisi olarak bilinen , salınan enerjinin başka bir bağlı elektrona aktarılarak sürekliliğe gitmesine neden olan bir fenomen meydana gelebilir. Auger etkisi, bir atomun tek bir fotonla iyonize edilmesini sağlar.

Işıkla uyarma ile ulaşılabilen elektronik konfigürasyonlarla ilgili olarak oldukça katı seçim kuralları vardır - ancak çarpışma süreçleriyle uyarma için böyle kurallar yoktur.

Tarih ve gelişmeler

Atom fiziğine doğru atılan ilk adımlardan biri, maddenin atomlardan oluştuğunun kabul edilmesiydi . Böyle olanlar olarak 2. yüzyılda karşı M.Ö. 6. yüzyılda yazılmış metinlerin bir bölümünü oluşturan Democritus veya Vaisheshika Sutra tarafından yazılmış Kanad . Bu teori daha sonra 18. yüzyılda İngiliz kimyager ve fizikçi John Dalton tarafından bir kimyasal elementin temel biriminin modern anlamında geliştirildi . Bu aşamada, özelliklerine göre (toplu olarak) tanımlanıp sınıflandırılabilmelerine rağmen, atomların ne olduğu net değildi. Mendeleev tarafından periyodik element sisteminin icadı, ileriye doğru atılmış bir başka büyük adımdı.

Atom fiziğinin gerçek başlangıcı, spektral çizgilerin keşfi ve fenomeni tanımlama girişimleri, özellikle de Joseph von Fraunhofer tarafından belirlenir . Bu çizgilerin incelenmesi, Bohr atom modeline ve kuantum mekaniğinin doğuşuna yol açtı . Atomik spektrumları açıklamaya çalışırken, maddenin tamamen yeni bir matematiksel modeli ortaya çıktı. Atomlar ve elektron kabukları söz konusu olduğunda, bu sadece daha iyi bir genel tanım, yani atomik yörünge modeli sağlamakla kalmadı , aynı zamanda kimya ( kuantum kimyası ) ve spektroskopi için yeni bir teorik temel sağladı .

İkinci Dünya Savaşı'ndan bu yana hem teorik hem de deneysel alanlar hızlı bir şekilde ilerlemiştir. Bu, daha büyük ve daha karmaşık atomik yapı modellerine ve ilgili çarpışma süreçlerine izin veren bilgi işlem teknolojisindeki ilerlemeye bağlanabilir. Hızlandırıcılar, dedektörler, manyetik alan üretimi ve lazerlerdeki benzer teknolojik gelişmeler, deneysel çalışmalara büyük ölçüde yardımcı olmuştur.

Önemli atom fizikçileri

Ayrıca bakınız

bibliyografya

  • Bransden, BH; Joachain, CJ (2002). Atomların ve Moleküllerin Fiziği (2. baskı). Prentice Salonu. ISBN'si 978-0-582-35692-4.
  • Ayak, CJ (2004). Atom Fiziği . Oxford Üniversitesi Yayınları. ISBN'si 978-0-19-850696-6.
  • Herzberg, Gerhard (1979) [1945]. Atomik Spektrumlar ve Atom Yapısı . New York: Dover. ISBN'si 978-0-486-60115-1.
  • Condon, EU & Shortley, GH (1935). Atomik Spektrum Teorisi . Cambridge Üniversitesi Yayınları. ISBN'si 978-0-521-09209-8.
  • Cowan, Robert D. (1981). Atom Yapısı ve Spektrum Teorisi . Kaliforniya Üniversitesi Yayınları. ISBN'si 978-0-520-03821-9.
  • Lindgren, I. & Morrison, J. (1986). Atomik Çok Vücut Teorisi (İkinci baskı). Springer-Verlag. ISBN'si 978-0-387-16649-0.

Dış bağlantılar