光的波动理论和粒子理论台大化学系.pptx

從光到分子軌域：一個歷史的軌跡台大化學系蔡蘊明Sir Isaac Newton(1643-1727)1686Mathematical Principles of Natural Philosophy 光的波動理論和粒子理論也是一個光學研究的先驅者電與磁的關係1813年，高斯定律(Gausss law)描述兩個帶電質點之間的作用力。1826年，安培定律(Amperes law)指出電流產生磁場。1831年，法拉第與亨利(Joseph Henry)發現磁場的改變會誘導出線圈的電流。1834年，楞次定律(Lenzs law)指出所誘導出的電流方向在對抗所發生的改變。Michael Faraday(1791-1867)The discoverer of electro-magnetic induction,electro-magnetic rotations,the magneto-optical effect,diamagnetism,field theory and much else besides.法拉第首先提出力場的概念。電磁波與電磁場的觀念James Clerk Maxwell(1831-1879)Maxwell(1865)wrote:This velocity is so nearly that of light,that it seems we have strong reason to conclude that light itself(including radiant heat,and other radiations if any)is an electromagnetic disturbance in the form of waves propagated through the electromagnetic field according to electromagnetic laws.Waves of oscillating electric and magnetic fields that travel through empty space at a speed that could be predicted from simple electrical experiments 馬克斯威爾創造出電磁波的理論。http:/www.phy.ntnu.edu.tw/java/emWave/Maxwells EquationsIntegral form in the absence of magnetic or polarizable media:http:/hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.htmlhttp:/hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.htmlMaxwells EquationsDifferential form in the absence of magnetic or polarizable media:1884年赫茲重新將馬克斯威爾的理論以一個不同的數學方式呈現。Arnold Sommerfeld(1868-1951):the shades fell from my eyes Heinrich Hertz(1857-1894)http:/chem.ch.huji.ac.il/eugeniik/history/hertz.htm1888年，赫茲成功的在實驗室產生在無線電波及微波範圍的電磁波並量度其特性，證明它與光具有完全相同的特性。1896年，馬可尼(Marconi)得到第一個無線電報的專利1901年，馬可尼成功的做到透過大西洋的無線電通信又一次的革命：光的量子理論ULTRAVIOLET CATASTROPHE Max Planck(1858-1947)1918 Nobel Prize for Physics1900年，蒲郎克提出當物質吸收或放射出電磁波時是以一顆一顆的能量子(quanta)方式進行，其能量E與其頻率成正比，E=hn光電效應 1887年，由赫茲發現1897年，湯木森發現電子1899年，湯木森與李納多(Lenard)發現跳出的電子動能與金屬及光之頻率的關係1905年，愛因斯坦提出電磁波具有粒子性且其能量為hn跳出的電子動能應為hn-P P稱為work function是將電子拿出所需的最低能量1912年，Hughes,Richardson,Compton實驗證實1913年，蒲郎克幫愛因斯坦所寫給諾貝爾獎委員會的推薦信：“The fact that he may occasionally have missed the mark in his speculations,as,for example,with his hypothesis of light quanta,ought not to be held too much against him,for it is impossible to introduce new ideas,even in the exact sciences,without taking risks.”Louis deBroglie(1892-1987)波動與粒子的雙重性(wave-particle duality)1924年，de Broglie在其博士論文中提出物質也具有波動性質，l=h/p(p為動量)1927年，Davisson與Germer利用電子撞擊鎳金屬產生干涉現象證實氫原子光譜與量子力學的革命 背景：湯木森發現電子 拉塞福發現核氫原子光譜：氫氣在高壓放電管中產生激發態的氫原子會釋放出光透過三菱鏡可分離出一系列的線光譜普通光線透過三菱鏡得到的是連續性的光譜推論：電子在氫原子內的能量是量化的(quantized)，亦即具有不同的能階1913年 Bohr model透過1913年波爾的氫原子模型的啟發，以及物質波概念的形成終於在1925-1926年由海森堡(Heisenberg)，狄波里(de Broglie)及薛丁格(Schrdinger)進一步創立了革命性的量子力學理論由此導出現在為大家所熟知的軌域Werner Heisenberg(1901-1976)Erwin Schrdinger(1887-1961)A 1s orbitalA 2s orbitalA 2p orbitalspp*s*