Подготовьтесь к сдаче ЕГЭ интересно и эффективно!
В чём заключается принцип Паули? Как он формулируется, работает?
418

В чём заключается принцип Паули? Как он формулируется, работает?

Содержание:





Физика полна ограничений, без которых Вселенная не существовала бы в известном виде. Рассмотрим, в чем заключается принцип Паули – один из запретов, сформированный благодаря пристальному изучению микромира. Расскажем, в каких случаях он актуален, совершим краткий экскурс в историю открытия.

Что предшествовало открытию

Период между мировыми войнами был временем стремительного развития химии, атомной и ядерной физики. Человечество осваивало колоссальные энергии, таящиеся в микромире. В 20-х годах учёные поняли, что элементарные частицы (ЭЧ) с чётным числом электронов ведут себя стабильнее, чем их аналоги с парным количеством. Гилберт Льюис в 1916 году утверждал, что атому проще «удерживать» возле себя парное число элементарных частиц. Особенно стабильны структуры с восемью ЭЧ, которые располагаются у вершин куба.

Спустя несколько лет Ирвинг Ленгмюр в постулатах о химическом поведении веществ высказал предположение: периодичность элементов объясняет группирование электронов в атомах. Нильс Бор развивал гипотезу, что 2, 8, 18 ЭЧ на оболочках способствуют их стабильности.



Содержание

После практического обнаружения закономерности Паули начал поиски теоретических обоснований, её причин. Он ввёл квантовое число, названное последователями и коллегами спином электрона.

Принцип Паули заключается в следующем: если одинаковые элементарные частицы обладают тождественными квантовыми числами, их волновая функция симметрична относительно перестановки этих ЭЧ. Из него вытекает, что пара аналогичных фермионов, принадлежащих одной системе, не способны находиться в одинаковых состояниях, потому что их волновая функция антисимметрична. Паули показал, что системы фермионов описываются исключительно антисимметричными волновыми функциями.

Согласно правилу Паули, на каждой орбитали располагаются электроны и ЭЧ с противоположным спином. Это объясняет ряд физических явлений:

  • Разнообразие химических элементов в природе.

  • Теплоёмкость и электропроводность веществ.

  • Химические и магнитные свойства.

  • Поведение электромагнитных волн в веществе.

  • Стабильность материи: её массы, занимаемого объёма.

  • Образование чёрных дыр, коллапс материи.

В чём заключается принцип Паули? Как он формулируется, работает?

Принцип Паули справедлив для фермионов – элементарных частиц, обладающих полуцелым спином, равным (n + 1/2)* ħ, где:

  • n – целое число;
  • ħ – значение постоянной Планка, ħ ≈ 1,0546 * 10-34 Дж.

Что касается бозонов – ЭЧ с целым спином, к ним применимы иные принципы. 

Название фермионов происходит от фамилии первого учёного, сформировавшего распределение Ферми-Дирака, которому подчиняются частицы. Бозоны с целочисленным спином получили название от распределения Бозе-Эйнштейна.

Интересно: Гелий-3 – фермион, к нему принцип Паули применим, Гелий-4 уже относится к бозонам.

Для закрепления материала сформулируйте принцип Паули, назовите явления, которые описываются благодаря ему.

Поделитесь в социальных сетях:
11 ноября 2021, 18:50


Как вы считаете, материал был полезен?

Для оценки комментариев необходимо «войти на сайт».
×
×