8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf
Transcript of 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf
![Page 1: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/1.jpg)
Dvojna priroda čestica
Kao mladi student Sveučilišta u Parizu, Louis
DeBroglie je bio pod utjecajem teorije relativnosti
i fotoelektričnog efekta. Fotoelektrični efekt je
ukazivao na čestična svojstva svjetlosti, koja se
smatrala valnim fenomenom.
Pitao se je da li elektroni i "čestice" mogu
posjedovati valna svojstva.
![Page 2: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/2.jpg)
• Valna priroda elektrona
•
![Page 3: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/3.jpg)
• DeBroglievu hipotezu o valnoj prirodi elektrona
podržavaju: diskretni atomski energetski nivoi i difrakcija
elektrona kristalnoj rešetci krutina.
• U Bohrovom modelu, elektronski valovi se mogu
vizualizirati kao konstruktivna interferencija na
pozicijama elektronskih orbita
![Page 4: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/4.jpg)
• U Bohrovom modelu, valna duljina pridružena elektronu
dana je deBroglievom relacijom
•
•
• pa je uvjet za stojni val : opseg = cijeli broj valnih duljina.
•
Što je zapravo izraz za kvantizaciju kutne količine gibanja
(angularnog momenta) elektrona u orbiti vodikovog atoma,
odnosno Bohrov kvantni uvjet.
•
![Page 5: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/5.jpg)
• Radijus Bohrove orbite raste s kvadratom glavnog kvantnog broja n. U n-toj
orbiti je n valnih duljina elektronskog vala, i te valne duljine možemo izraziti:
•
1 nn
![Page 6: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/6.jpg)
Elektronski mikroskop
• 1897. Thomson otkriva elektron
• 1924. deBroglie: elektron je i val i čestica
• 1926. Bosch proučava kretanje elektrona u magnetskom
polju: magnetsko polje ponaša se kao leća koja fokusira
elektrone
• 1940-tih razvija se elektronska optika
![Page 7: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/7.jpg)
Elektronski mikroskop
• Elektronska optika proučava gibanje slobodnih nabijenih
čestica (elektrona, protona) u el. i mag. poljima. Zakoni koji
opisuju staze elektrona u takvim poljima formalno su
jednaki zakonima koji opisuju putanje zraka svjetlosti u
optički nehomogenom sredstvu, tj. sredstvu promjenjivog
indeksa loma.
• Proučavanje gibanja elektrona na osnovi njihove valne
prirode zove se elektronska valna optika. Ona opisuje
pojave ogiba (difrakcije) i interferencije snopova elektrona,
analogne istim pojavama kod svjetlosti i rendgenskih
zraka.
![Page 8: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/8.jpg)
Elektronski mikroskop
• Elektronske leće su sustavi elektroda određene
simetrije s električnim ili magnetskim poljem, ili s
njihovom kombinacijom, a djeluju na snop elektrona kao
što optičke leće djeluju na zraku svjetlosti. Primjenjuju se
za stvaranje oštro fokusiranih snopova elektrona, kao u
katodnom osciloskopu, ili za dobivanje elektronskih slika
u elektronskom mikroskopu.
• Elektronske leće razlikuju se od optičkih u tome što se
el. polje kontinuirano mijenja tj. brzina elektrona se
stalno mijenja po iznosu i po smjeru kako elektron
prolazi lećom ( što bi značilo da se indeks loma unutar
leće kontinuirano mijenja).
![Page 9: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/9.jpg)
Elektronski mikroskop
• Na elektronskim lećama javljaju se iste greške kao i kod
optičkih leća:
• Astigmatizam: izobličenje slike jer je leća nejednoliko
zakrivljena u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini, pa su i
žarišne daljine različite
• Sferna aberacija: široki snop zraka pada na leću, rubne
zrake lome se jače
![Page 10: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/10.jpg)
• Kromatska aberacija: bijela svjetlost prolazi lećom, zbog
disperzije svaka valna duljina ima svoj indeks loma, za
konvergentnu leću vrijedi Flj <Fcr
![Page 11: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/11.jpg)
Elektronski mikroskop
• Žarište elektronske leće kontroliramo jakošću električne
struje: veća jakost struje manja žarišna udaljenost (veća
snaga leće)
• Sferna aberacija: elektroni u vanjskim dijelovima snopa
se jače lome (nemoguće je u potpunosti ukloniti)
• Kromatska aberacija: svi elektroni nemaju iste brzine,
pa su im i valne duljine različite (uklanja se dobrom
stabilizacijom napona)
• Astigmatizam: izobličen snop elektrona (morao bi biti
okrugao) zbog nesavršenosti izradbe elektronske leće
izobliči se magnetsko polje (ispravlja se uz pomoć malih
elektromagneta)
![Page 12: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/12.jpg)
Ukupno linearno povećanje optiĉkog mikroskopa jednako je
produktu povećanja okulara i objektiva. Teoretski bi se moglo
višestrukim kombinacijama takvih sistema postići bilo koje
povećanje. Međutim, važno je koliko se male pojedinosti još mogu
razlučiti, odnosno kolika je moć razluĉivanja i o čemu ona ovisi.
![Page 13: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/13.jpg)
MOĆ RAZLUĈIVANJA
• Razlučivanje ili rezolucija optičkog instrumenta koji služi za promatranje bliskih predmeta malih dimenzija definira se minimalnom linearnom udaljenošću Y dviju točaka koje instrument još daje kao dvije odvojene slike.
• Naime, slika predmeta malih dimenzija nastaje, ne samo preslikavanjem u aproksimaciji geometrijske optike (pravocrtno širenje zraka svjetlosti), nego u njenom stvaranju sudjeluju i ogibne zrake.
• Prema Rayleighovom kriteriju dvije točke predmeta moći ćemo razlučiti kao dvije točke slike, ako su centralni maksimumi jedne i druge slike na takvoj udaljenosti da centralni maksimum prve slike pada na prvi minimum druge slike.
![Page 14: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/14.jpg)
![Page 15: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/15.jpg)
![Page 16: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/16.jpg)
• Moć razlučivanja mikroskopa:
• λ: valna duljina elektromagnetskog zračenja ili čestice
koja dolazi do predmeta
• n: indeks loma okoline (najčešće zrak)
• α: kut otvora snopa
• d: najmanja udaljenost između dvije točke predmeta za
koju preslikavanjem dobivamo dvije točke slike
• Numerička apertura: nsinα
sin21 n
dm
![Page 17: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/17.jpg)
• Optičkim mikroskopom mogu se uz upotrebu
ultraljubičastih zraka razlučiti točke udaljene jedna od
druge 100nm (0,1μm), a pripadno korisno povećanje mu
je 200 puta. Suvremenim elektronskim mikroskopom
može se postići razlučenje od nekoliko angstrema (2-5),
s korisnim povećanjem od 400 000 puta
• Smanjenje granice razlučivanja uvjetovano je
Heisenbergovim principom neodreĊenosti :
• bilo kako usavršenim elektronskim mikroskopom ne bi
mogli vidjeti elektron u atomima i molekulama
![Page 18: 8_ de Broglie i el. mikroskop.pdf](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021418/5896e6dc1a28abe02a8b5600/html5/thumbnails/18.jpg)