От редактора перевода.....'.,.,,,.. 7
Предисловие автора ко второму изданию........ 9
Глава 1. Основные частицы......... , [3
§ 1.1. Введение (13). § 1.2. Электроны (14). § 1.3. Протон (21).
§ 1.4. Нейтрон (22). § 1.5. Другие частицы (22). § 1.6. Энергия в
электроивольтах (23). § 1.7. Зависимость массы от скорости (23).
§ 1.8: Соотношение между массой и энергией (27). § 1.9. Ускорители
частиц высоких энергий (29).
Задачи ......,......., ! 33
Глава 2. Системы частиц ........, 37
§ 2.1. Введение (37). § 2.2. Энергия хаотического движения (38). § 2.3. Максвелловское распределение кинетических энергий и скоростей (43). § 2.4. Распределение Больцмана (48). § 2.5. Столкновения, длины свободного пробега и размеры атомов (50). Задачи . .......... , 65
Глава 3. Атомы и ядра.........> , . 58
§ 3.1. Введение (58). § 3.2. Ядерная модель атома (59). § 3.3. Спектры масс, изотопы и атомные массы (65). § 3.4. Энергия связи ядер (74). Задачи ..............., 80
Глава 4. Эксперименты с волнами-частицами...... §4
§ 4.1. Введение (84). § 4.2. Фотоэлектрический эффект (85). § 4.3. Линейчатые спектры (92). § 4.4. Линейчатые рентгеновские спектры (95). § 4.5. Потенциалы возбуждения (103). § 4.6. Непрерывный рентгеновский спектр (105). § 4.7, Эффект Комптона (108),
1 *
§ 4.8. Излучение абсолютного черного тела (111). § 4.9. Опыт Штерна — Герлаха (115). § 4.10. Дифракция электронов (117). § 4.11. Дифракция нейтронов (122). § 4.12. Принцип неопределенности (124).
§ 4.13. Резюме (131).
Задачи ................132
Глава 5. Введение в квантовую механику.......139
§ 5.1. Введение (139). § 5.2. Уравнение Шредингера (140). § 5.3. Электрон в пространстве, свободном от сил (147). § 5.4. Электрон ,
в прямоугольной «потенциальной яме» (150). § 5.5. Гармонический 1
осциллятор (162). § 5.6. Принцип соответствия (166). § 5.7. Средние |
энергии и волновые функции основного состояния (168). § 5.8. Излучение и поглощение (170). § 5.9. Резюме (175). Задачи .......... ,,»..» 177
Глава 6. Строение атомов и атомные спектры......181
§ 6.1, Введение (184). § 6.2. Атом водорода (!85). § 6.3. Принцип исключения (193). § 6.4. Электронное строение атомов (196). § 6.5. Оптические спектры (204). § 6.6. Рентгеновские линейчатые спектры
(208).
Задачи ,..,....,....,., 213
Глава 7. Молекулы..............217
§ 7.1. Введение (217). § 7.2. Молекула КС1 и ионная связь (217). § 7.3 Ион молекулы водорода (224). §7.4. Молекула водорода и ковалентная связь (228). § 7.5. Энергетические уровни электронов в молекулах (231). § 7.6, Молекулярные спектры и диссоциация
молекул (238).
Задачи.........,,',,.., 243
Глава 8. Связь и энергетические зоны в твердых телах . , , 248
§ 8.1. Введение (248). § 8,2. Ионные и ковалентные кристаллы (249). § 8.3. Металлические кристаллы (254). § 8.4. Энергетические зоны.. Рассмотрение с помощью атомных уровнен энергии (259). § 8.5. Энергетические зоны. Рассмотрение с помощью математической модели (264). Задачи ,..,,..,.........272
Глава 9. Электрические, тепловые и магнитные свойства твердых тел 277
§ 9.1. Введение (277). § 9.2. Проводники и непроводники электричества (277). § 9.3. Распределение Ферми для энергий электронов (284). § 9.4. Электроны проводимости в металлах и сплавах
4
(288) ^ 95 Тепловые свойства твердых тел (293). § 9.6. Электропроводность металлов и сплавов (302). § 9.7. Сверхпроводимость (310) § 9.3- Магнитные свойства твердых тел (315). Задачи................. 828
Глава И). Дефекты структуры твердых тел . ^.....334
§ ЮЛ. Введение (334). § 10.2. Типы дефектов (334). § 10.3. Диффузия и ионная проводимость в твердых телах (343). § 10.4. Поглощение света (346). § 10.5. Фотопроводимость (350). § 10.6. Люминесценция (356). § 10.7. Скольжение и прочность металлов и сплавов (364). Задачи , . • . . « • » . . ... . .« 369
Глава П. Полупроводники ........... 373
§ 11.1. Введение (375). § 11.2. Истинные полупроводники (376).
§ 11.3. Полупроводники п- и р-типов (382). § 11.4. р — л-переходы
(389). § 11.5. Контактные (плоскостные) транзисторы (404). § 11.6,
Термоэлектричество (411).
Задачи ,,,......, ...... 415
Глава 12. Физическая электроника , ........423
§ 12.1. Введение (423). § 12.2. Термоэлектронная эмиссия (423), § 12.3. Контактная разность потенциалов (437). § 12.4. Термоэлектронные преобразователи энергии (438). § 12.5. Холодная эмиссия (441). § 12.6. Фотоэлектрическая эмиссия (442). § 12.7. Вторичная эмиссия (445). § 12.8. Столкновения электронов с атомами (453), § 12.9. Электронная оптика (463). Задачи ,,.,,.,, ........ 468 -
Глава 13. Ядерная физика ,',,.........477
§ 13.1. Введение (477). § 13.2. Радиоактивность. Альфа-излучение (478). § 13.3. Размеры и составные части ядер (483). § 13.4. Бета-распад и электронный захват (489). § 13.5. Гамма-испускание и внутренняя конверсия (492). § 13.6. Стабильность ядер (496). § 13.7. Ядерные реакции (509). § 13.8. Частицы и ядерные силы (518). Задачи р _ _ «24
лава 14 Экспериментальная и прикладная ядерная физика , 538
§ 14.1. Введение (530). § 14.2. Деление ядер (531), § 14.3. Ядерны* реакторы (536). § 14.4, Ядерный синтез (545), § 14.5, Взаимодеи-
5
«твие частиц высокой энергии с веществом (549). § 14.6. Детекторы ядерных частиц (654). ,§ 14,?1; Применения радиоактивных изотопов (562). "Задачи , . .............,664
Приложения :............... 670
A. Физические постоянные........... 570
Б. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева . . . 571
B. Массы атомов и атомные веса......., ,. 571
Г, Спектры импульсов и принцип неопределенности . . . . « 674
Д. Энергия, импульс и волновые функции.....• « 577
Е. Трехмерная прямоугольная потенциальная яма , . . . . 582
Ж. Ответы к задачам, отмеченным звездочкой....., 687
ОТ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
В книге Роберта Спроула, перевод второго издания которой предлагается советскому читателю, на основе элементарной -квантовой механики излагаются разделы физики, имеющие ключевое значение для современной техники: атомная и ядерная физика, физика твердого тела, физическая электроника.
Профессор Р. Спроул — видный американский физик. С 1949 г. он состоял директором Лаборатории физики твердого тела Кор-нельского университета (США), а в 1960 г. назначен директором вновь созданного Центра материаловедения в том же университете. В 1954 г. он стал главным редактором одного из ведущих физических журналов — «Journal of Applied Physics».
Второе издание книги значительно расширено по сравнению с первым (русский перевод которого вышел в свет в 1961 г. под редакцией проф. Б. Н. Финкельштейна). При этом достаточно многозначительно то обстоятельство, что подзаголовок первого издания — «Пособие для инженеров» — во втором издании заме-йен: «Квантовая физика атомов, твердого тела и ядер». Мотивы этой замены, как и авторский замысел в целом, с исчерпывающей ясностью изложены в предисловии проф. Спроула, к которому мы и отсылаем читателя. Нет необходимости останавливаться здесь и на круге вопросов, рассмотренных в книге,— он ясен из оглавления. Уместно, однако, отметить некоторые особенности книги Спроула.
За последние годы у нас вышел в свет целый ряд новых хороших руководств по физике — как отечественных, так и переводных. В своем большинстве это полные, многотомные курсы. Однотомников же (охватывающих пусть и не всю физику, но ее основную часть— квантовую микро- и макрофизику), пожалуй, всего два —это книга Спроула и книга Р. Кристи и А. Питти «Строение вещества: введение в современную физику» (перевод под ред. проф. Ю. М. Широкова, изд. «Наука», М, 1969).
Р. Спроулу удалось дать мастерское качественное, в минимальной степени обремененное математическим аппаратом, живое и ясное изложение большинства важнейших, зачастую не-
тривиальных вопросов квантовой механики и ее приложений; некоторые параграфы книги представляют собой подлинные педагогические находки.. Автор сумел свести к минимуму чисто описательный аспект изложения (сводящийся, в сущности, к банальному: «ученые показали»); его книга представляет собой единое логическое целое, она насыщена глубокой и вместе с тем наглядной качественной аргументацией, убедительными количественными оценками, важными смысловыми нюансами; для нее характерна очень разумная пропорция в изложении теории и ее практических приложений. Исключительно полезны и поучительны многочисленные (в данном издании их свыше 700!), прекрасно подобранные задачи различной степени трудности.
Из сказанного ясно, что основные черты книги Спроула нацелены на глубокое и активное усвоение материала читателем. Ясно также, что ценность книги не только в обширной «фактографии», но, прежде всего, в интересном и глубоком изложении самой сути квантовой физики, благодаря чему книга, хотя и вышла 10 лет назад, ни в коей мере не устарела.
Книга Спроула будет, на наш взгляд, очень полезна широкому кругу читателей — студентам втузов с расширенным преподаванием физики, инженерно-физических и физико-технических факультетов, физических и химических факультетов университетов и педвузов, а также аспирантам, инженерам, молодым научным работникам и преподавателям в области физики, химии, электроники и смежных разделов современной техники.
Перевод глав 1—8 и Приложений Г, Д выполнен С. А. Коган и Ю. Н. Явлинским, перевод глав 9—14 и остальных приложений— В. И. Рыдпиком.
В. И. А Ос if Н
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ •
Настоящий учебник посвящен аналитическому рассмотрению квантовой физики атомов, молекул, твердого тела и ядер. Эта область физики, обычно (хотя и не вполне точно) называемая современной физикой, часто излагается, преимущественно в описательном духе, во вводном курсе колледжа, а на высоком математическом уровне — в полном университетском курсе. Моя цель в этой книге — пойти неким средним путем, на котором количественное понимание атомной, молекулярной, твердотельной и ядерной физики достигалось бы применением элементарной квантовой механики. Квантовая механика, некогда считавшаяся чересчур таинственной даже для старшекурсников, излагается здесь на вводном уровне с упором на ее основные понятия и методы, которые становятся привычными для студента благодаря анализу одномерных задач. Применение этих понятий и методов позволяет ответить на наиболее интригующие вопросы современной физики, вроде таких: что удерживает вещество от распада на части? Откуда берется огромное разнообразие химических свойств различных элементов? Как электроны движутся в твердом теле? Почему ядра, встречающиеся в природе, состоят только из определенных комбинаций протонов и нейтронов?
Первое издание этой книги возникло из лекций для CTapmei курсников технических институтов, и поэтому книга была адресована инженерам. В период подготовки первого издания квантовая физика редко включалась в учебные планы технических вузов, поэтому я привел тогда много примеров ее применения а попытке убедить студентов-техников, что эта область физики является существенной частью их профессионального обучения. Сегодня такого рода уговоры представляются излишними, так ь-ак нынешние инженеры повседневно используют квантовую фи-. зику в своей деятельности. Кроме того, вскоре выяснилось, что* . -многие преподаватели физики, химии и других наук приветствовали аналитический подход к атомной физике, развитый в пер-BOM издании, несмотря на то, что книга имела подзаголовок, адресующий ее инженерам.
Цена: 150руб.
