загрузка...
загрузка...
На головну

Ефект Комптона і його елементарна теорія

  1. Погодження - теорія
  2. Haas effect - ефект Хааса
  3. III. ТЕОРІЯ ЗОВНІШНІХ І ВЗАЄМНИХ ВПЛИВІВ
  4. IV. ТЕОРІЯ ІМОВІРНОСТІ І МАТЕМАТИЧНА
  5. А) теорія держави і права (як одна з історико-теоретичних юридичних наук) ________________________________________________________________________________
  6. Агрегатні стани. Розчини: поняття, теорія. Розчини насичені, ненасичені, пересичені.
  7. Адреноблокатори: класифікація, механізми і особливості ги потензівного дії, застосування, побічні ефекти, протипоказання до застосування.

Найбільш повно корпускулярні властивості світла виявляються в ефекті Комптона. Комптон, досліджуючи розсіювання монохроматичного ренттеновского випромінювання речовинами з легкими атомами (парафін, бор), виявив, що в складі розсіяного випромінювання поряд з випромінюванням початкової довжини хвилі спостерігається також більш довгохвильове випромінювання.

Досліди показали, що різниця ?? = ?-? не залежить від довжини хвилі ? падаючого випромінювання і природи розсіює речовини, а визначається тільки кутом розсіювання ?:

?? = ?-? =2?с sin2, (32.9)

де ?- Довжина хвилі розсіяного випромінювання, ?с - Комптонівська довжина хвилі
 (При розсіянні фотона на електроні ?с = 2,426 пм).

ефектом Комптона називається пружне розсіяння короткохвильового електромагнітного випромінювання (рентгенівського і ?-випромінюванням) на вільних (або слабосвязанних) електронах речовини, що супроводжується збільшенням довжини хвилі.

Цей Ефект не вкладається в рамки хвильової теорії, згідно з якою довжина хвилі при розсіюванні мінятися не повинна: ??під дією періодичного поля світлової хвилі електрон коливається з частотою поля і тому випромінює розсіяні хвилі тієї ж частоти.

Пояснення ефекту Комптона дано на основі квантових уявлень про природу світла. Ефект Комптона - результат пружного зіткнення рентгенівських фотонів з вільними електронами речовини (для легких атомів електрони слабо пов'язані з ядрами атомів, тому їх можна вважати вільними). В процесі цього зіткнення фотон передає електрону частину своїх енергії і імпульсу відповідно до законів їх збереження.

Розглянемо пружне зіткнення двох частинок (ріс.32.3) - налітає фотона, що володіє імпульсом рф = h? / с і енергією Еф=h?, З спочиваючим вільним електроном (енергія спокою W0 = m0с2; m0 - Маса спокою електрона). Фотон, зіткнувшись з електроном, передає йому частину своєї енергії і імпульсу і змінює напрямок руху (розсіюється). Зменшення енергії фотона означає збільшення довжини хвилі розсіяного випромінювання. При кожному зіткненні виконуються закони збереження енергії і імпульсу.

Відповідно до закону збереження енергія

W0 + Еф = W + Еф', (32.10)

а відповідно до закону збереження імпульсу

рф = ре + рф', (32.11)

 де W0 = m0с2 - Енергія електрона до зіткнення, Еф=h? - Енергія налітаючого фотона, W=  - Енергія електрона після зіткнення, Еф'=h? ' - Енергія розсіяного фотона. Підставами в вираз (32.10) значення величин і представивши (32.11) відповідно до рис. 32.3, отримаємо

m0с2+ H? = + h? ', (32.12)

= +  - 2 vv 'соs?. (32.13)

Вирішуючи рівняння (32.12) і (32.13) спільно, отримаємо

m0с2(?- ? ') = Hv? '(1 - соs?). (32.14)

оскільки v = с / ?, v '= с / ?' і ?? = ?-?, отримаємо

?? = sin2 . (32.15)

Вираз (32.15) є не що інше, як отримана експериментально Комптоном формула (32.9).

Наявність в складі розсіяного випромінювання несмещенной лінії (випромінювання первинної довжини хвилі) можна пояснити наступним чином. При розгляді механізму розсіювання передбачалося, що фотон соударяющихся лише з вільним електроном. Однак якщо електрон сильно пов'язаний з атомом, як це має місце для внутрішніх електронів (особливо у важких атомах), то фотон обмінюється енергією і імпульсом з атомом в цілому. Так як маса атома в порівнянні з масою електрона дуже велика, то атому передається лише незначна частина енергії фотона. Тому в даному випадку довжина хвилі розсіяного випромінювання практично не буде відрізнятися від довжини хвилі падаючого випромінювання.

Ефект Комптона не може спостерігатися у видимій області спектра, оскільки енергія фотона видимого світла порівнянна з енергією зв'язку електрона з атомом, при цьому навіть зовнішній електрон можна вважати вільним.

Ефект Комптона спостерігається не тільки на електронах, але і на інших заряджених частинках, наприклад протонах, однак через велику маси протона його віддача «проглядається» лише при розсіянні фотонів дуже високих енергій.

Як ефект Комптона, так і фотоефект на основі квантових уявлень обумовлені взаємодією фотонів з електронами. У першому випадку фотон розсіюється, у другому - поглинається. Розсіювання відбувається при взаємодії фотона з вільним електроном, а фотоефект - зі зв'язаними електронами. При зіткненні фотона з вільним електроном не може відбутися поглинання фотона, так як це знаходиться в протиріччі з законами збереження імпульсу і енергії. Тому при взаємодії фотонів з вільними електронами може спостерігатися тільки їх розсіювання, т. Е. Ефект Комптона.

 



Попередня   165   166   167   168   169   170   171   172   173   174   175   176   177   178   179   180   Наступна

яскравість | світність | закони освітленості | Фотометри | закон Кірхгофа | оптична пірометрія | Теплові джерела світла | Теплообмін випромінюванням між поверхнями в приміщенні | Види фотоефекту. Закони зовнішнього фотоефекту | Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати