Физични основи на слънчевите клетки
Изтегляне 2.28 Mb.
|
|
Девета глава Физични основи на слънчевите клетки 9.1.Квантова физика и статистика. Теория на твърдите тела. В началото на ХХ век, физиката е в криза. Тя е неспособна да обясни явленията в твърдото тяло. Изходът от задънената улица е намерен през 1913 г. от датският физик Нилс Бор с въвеждане на представи. Предложения, които противоречат на класическите Нилс Бор формулира допусканията си в два постулата : 1. От безкрайното множество електронни орбити, възможни от гледна точка на класическата механика, се осъществяват в действителност само някои дискретни орбити, удовлетворяващи определени квантови условия. Електронът, намиращ се на една от тези орбити, независимо от това, че той се движи с ускорение не излъчва електромагнитни вълни (светлина) . 2. Излъчването се изпуска или поглъща във вид на светлинен квант енергия hv, при преход на електрон от едно стационарно (устойчиво) състояние в друго. Големината на светлинния квант е равна на разликите в енергиите на тези състояния, между които се извършва квантов скок (преход) на електрона hv = En - Em, (9.1) където h = 6,6262.10-34 Js е константа на Планк. Съществуването на дискретни електронни нива в атома e потвърдено опитно през 1914 г. Теорията на Бор е крупна крачка в развитието на теорията на атома. Сега тя има само историческо значение. Най-слабата страна на теорията на Бор е нейната вътрешна непоследователност, т.е. тя не е нито последователна класическа, нито последователно квантова. След откриване на вълновите свойства на веществото е станало ясно, че теорията на Бор е само преходен етап по пътя на създаване на последователна теория за явленията в атома. В последствие се установило, че в светлинните явления се проявява своеобразен дуализъм (вълново- корпускулярна природа). През 1924 г. Луи дьо Бройл изказал смела хипотеза, че корпускулярно- вълновият дуализъм не е особеност само на оптичните явления, но има универсално проявление. Фотонът притежава енергия E = hv и импулс p= (9.1) По идеята на дьо Бройл, движението на електрона или на каква и да е частица, свързано с вълнови процеси е с дължина на вълната и честота (9.2) Три години по-късно, хипотезата на дьо Бройл е потвърдена опитно от Дейвисън и Джърмър. Развивайки идеята на дьо Бройл за вълновите свойства на веществата, през 1926 г. Шрьодингер получил знаменитото уравнение. Функцията в това уравнение е комплексна функция на координатите и времето, означена с гръцката буква . Функцията се получава от уравнението 2Ψ+U Ψ= , (9.3) където i=√-1, 2- Лапласов оператор, ћ е константа на Планк. През 1926 г. М. Борн дава физични смисъла на Ψ- функцията, според който квадрата на нейния модул е равен на вероятността dP за това, че частицата ще бъде намерена в обема dV, т.е. да се определи вероятността за намиране на частицата в различни точки на пространството. С помощта на многочастичното уравнение на Шрьодингер се обяснява природата на химичните връзки и в частност ковалентната (хомеополярна) химична връзка. Най- прост e случаят на водородната молекула. С решение на уравнението на Шрьодингер се получават собствените стойности на енергиите, зависещи от разстоянието между ядрата R, т.е. Е=E(R), при което в случай на паралелна и антипаралелна ориентация на спиновете на електроните, характерът на тази зависимост е съществено различен. Образуването на молекули e възможно само при сближаване на атоми с антипаралелни спинове. Е0, е асимптотичната стойност, към която се стреми енергията на молекулата при R-∞ Ефектът на сближаване на атомите се проявява в изменение на енергиите на отделните състояния, т.е. В увеличаване на общия брой нива. В реалното твърдо тяло в 1 см3 се съдържат атоми от порядъка на 1023 и затова съществуват около 102 отделни нива, които практически непрекъснато се разпределят вътре в някакъв интервал, образувайки зони на разрешените енергии. Фиг.5.1 Енергия при паралелни (1) и антипаралелни (2) спинове Фиг.9.2. Образуване на енергийни зони в твърдите тела Изтегляне 2.28 Mb. Сподели с приятели:
|