Στο φαινόμενο σήραγγας ένα ηλεκτρόνιο περνά μερικές φορές μέσα από φράγμα δυναμικού που ξεπερνά την ενέργειά του, κάτι αδύνατο κατά την κλασική φυσική. Η ενότητα εξηγεί τι είναι το φράγμα και πού εμφανίζεται το φαινόμενο.
Γ΄ Λυκείου · Φυσική · 30 λεπτά
Το μάθημα είναι στο σχολικό βιβλίο. Δεν το αντιγράφουμε εδώ. Άνοιξε το επίσημο
κεφάλαιο και γύρνα για την εξάσκηση.
Η σύνοψη, οι όροι και οι ασκήσεις γράφτηκαν με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης από το
σχολικό βιβλίο και μπορεί να έχουν λάθη. Πηγή είναι πάντα το βιβλίο: ό,τι σου φαίνεται περίεργο,
έλεγξέ το εκεί. Βρήκες λάθος; Γράψε μας στο aporia@signmak.com.
Σχεδιάγραμμα
Δική μας σύνοψη της ενότητας, για επανάληψη. Πηγή είναι πάντα το βιβλίο.
Τι έγινε
Ένα ηλεκτρόνιο σε πηγάδι μπορεί να βρεθεί έξω από αυτό· ανάλογα, στο φαινόμενο σήραγγας διασχίζει μερικές φορές ένα φράγμα δυναμικού μεγαλύτερο από την ενέργειά του, ενώ κλασικά θα ανακλώταν.
Φράγμα δυναμικού: ένα τρενάκι με ενέργεια E = ½·m·υ² στο χαμηλότερο σημείο συναντά ύψωμα h, δηλαδή φράγμα mgh. Χωρίς τριβές το περνά μόνο αν E ≥ mgh, αλλιώς γυρίζει πίσω. Αντίστοιχα φράγματα για ηλεκτρόνια φτιάχνονται με ηλεκτρικό πεδίο.
Για φράγμα U₀ στο διάστημα 0 ≤ x ≤ L, η λύση της εξίσωσης Schrödinger είναι ημιτονοειδής έξω από το φράγμα και εκθετικά φθίνουσα μέσα σε αυτό.
Η Ψ υπάρχει και πέρα από το φράγμα με μικρότερο πλάτος: το ηλεκτρόνιο έχει μικρότερη αλλά όχι μηδενική πιθανότητα να βρεθεί εκεί.
Η πιθανότητα μεγαλώνει όταν αυξάνεται η ενέργεια E (πάντα κάτω από U₀) και όταν μικραίνει το εύρος L του φράγματος.
Εφαρμογές: ηλεκτρόνια περνούν από το μονωτικό οξείδιο ανάμεσα σε σύρματα χαλκού· σωμάτια άλφα διαφεύγουν από τον πυρήνα στη διάσπαση άλφα· πυρήνες νικούν την άπωση Coulomb στη σύντηξη μέσα στα άστρα· δίοδοι σήραγγας και μικροσκόπιο σήραγγας.
Ένα ηλεκτρόνιο που βρίσκει μπροστά του φράγμα δυναμικού μεγαλύτερο από την ενέργειά του θα έπρεπε κλασικά να ανακλαστεί. Η κβαντική θεωρία, και το πείραμα, δείχνουν ότι μερικές φορές το διαπερνά.
Από τι εξαρτάται η πιθανότητα να περάσει το ηλεκτρόνιο;
Από την ενέργειά του E και το εύρος L του φράγματος: μεγαλώνει όταν η E αυξάνεται, μένοντας κάτω από το ύψος U₀, και όταν το φράγμα στενεύει.
Πού συναντάμε το φαινόμενο σήραγγας;
Στην αγωγιμότητα ανάμεσα σε οξειδωμένα σύρματα χαλκού, στη διάσπαση άλφα, στη σύντηξη πυρήνων στον Ήλιο και στα άστρα, στις διόδους σήραγγας και στο μικροσκόπιο σήραγγας.
Ανοίγει το μενού κοινοποίησης του κινητού σου. Αν δεν υπάρχει, αντιγράφεται ο σύνδεσμος.
Νέα από το aporia.gr Νέες ενότητες και ό,τι βρίσκουμε στα θέματα των Πανελληνίων, στη σελίδα μας στο Facebook.