Головна |
згідно квантової гіпотези Планка-Ейнштейна світло частотою n випускається, поширюється і поглинається речовиною окремими порціями (квантами), енергія яких eо=hn (h - Постійна Планка). Ці локалізовані в просторі дискретні світлові кванти, які рухаються зі швидкістю с поширення світла у вакуумі, отримали назву фотонів. Таким чином, поширення світла можна розглядати не як безперервний хвильовий процес, а як потік частинок - фотонів. Доказом цих квантових (корпускулярних) уявлень про світло, як про потік частинок, є фотоефект и ефект Комптона.
зовнішнім фотоефектом називається випускання електронів речовиною під дією електромагнітного випромінювання. Явище зовнішнього фотоефекту і його закономірності пояснені на основі квантової теорії фотоефекту, Згідно з якою кожен квант світла поглинається тільки одним електроном.
енергія hn падаючого на метал фотона витрачається на вчинення електроном роботи виходу А з металу і на повідомлення вилетів фотоелектронна кінетичної енергії, тобто за законом збереження енергії:
(рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту).
З цього рівняння випливає, що максимальна кінетична енергія фотоелектронів лінійно зростає зі збільшенням частоти падаючого випромінювання і не залежить від його інтенсивності, тобто від числа фотонів. Так як зі зменшенням частоти світла кінетична енергія фотоелектронів зменшується, то при деякій частоті n=n0 кінетична енергія фотоелектронів стане рівною нулю і в тому випадку енергія фотона hn0 дорівнює роботі виходу А, З чого випливає, що n0=А/h (частота n0 носить назву червоною кордону фотоефекту). при частоті n
Маса і імпульс фотона.Згідно квантової гіпотези Планка-Ейнштейна, поширення світла можна розглядати як потік часііц - фотонів, енергія яких e0= hn . Тоді з рівняння Ейнштейна взаємозв'язку маси і енергії E = mc2 випливає, що маса фотона:
.
Фотон рухається зі швидкістю світла с, Тому імпульс р фотона:
.
Отримані вирази пов'язують корпускулярні характеристики фотона - масу, імпульс і енергію - з хвильової характеристикою світла - його частотою n (Або його довжиною хвилі l).
Корпускулярні властивості світла виявляються в ефекті Комптона.
ефектом Комптона називається збільшення довжини хвилі короткохвильового електромагнітного випромінювання при його пружному розсіянні на вільних електронах речовини. Досліди Комптона показали, що різниця довжин хвиль розсіяного (l ') І падаючого (l) Електромагнітного випромінювання, тобто величина Dl = l'-l не залежить від довжини хвилі l падаючого випромінювання і природи розсіює речовини (РВ), а визначається тільки кутом розсіювання q, Тобто кутом між напрямами променів до і після розсіювання (рис. 29):
, де -комптоновская довжина хвилі.
Ефект Комптона не вкладається в рамки хвильової теорії світла, і його пояснення дано на основі квантових уявлень про природу світла. Якщо розглядати випромінювання, як потік фотонів, то ефект Комптона - це результат пружного зіткнення рентгенівських фотонів з вільними електронами розсіює речовини. В процесі цього зіткнення фотон передає електрону частину свого енергії, що веде до збільшення довжини хвилі при розсіюванні фотона.
(На малюнку 29 введені наступні позначення: p и p ' - Імпульси фотона до і після розсіювання; pe - Імпульс електрона після розсіювання на ньому фотона).
Виходячи із законів збереження імпульсу і енергії
|
, де пм.
Цей вислів для величини Dl, Отримане на основі корпускулярних уявлень про світло, виявилося аналогічно до наведеного вище висловом для величини Dl, Отриманого Комптоном експериментально.
Отже, ефект Комптона є експериментальним доказательст-вом прояви корпускулярних властивостей світла як потоку частинок - фотонів. Отже, розглянуті явища фотоефекту і ефекту Комптона служать доказом квантових (корпускулярних) уявлень про світло як про потік фотонів, а, з іншого боку, такі явища, як інтерференція, дифракція і поляризація світла підтверджують хвильову природу світла. Таким чином, світло, володіючи одночасно корпускулярним і хвильовими властивостями, виявляє так званий корпускулярно-хвильовий дуалізм.
Тема 14. Теплове випромінювання
Випромінювання світла тілами, обумовлене їх нагріванням, називається тепловим випромінюванням. Кількісно теплове випромінювання характеризується спектральним-ної щільністю енергетичної світності тіла,тобто потужністю випромінювання з одиниці площі поверхні тіла в інтервалі частот одиничної ширини:
, де
- Енергія випромінювання, що випускається за одиницю часу з одиниці площі поверхні тіла в інтервалі частот від n до n + dn .
Спектральну щільність енергетичної світностіможна представити у вигляді функції довжини хвилі l , Тобто у вигляді Rl,T , Причому:
.
За допомогою цієї формули можна перейти від Rn,T к Rl,T і навпаки.
Знаючи спектральную щільність енергетичної світності, можна обчислити інтегральну енергетичну світністьRT :
.
Здатність тел поглинати падаюче на них випромінювання характеризується спектральної поглинальної здатністю Аn,T :
,
яка б показала, яка частка енергії, принесеної за одиницю часу на одиницю площі поверхні тіла падаючими на неї електромагнітними хвилями з частотами від n до n + dn , Поглинається тілом.
Тіло, здатне поглинати повністю при будь-якій температурі все падаюче на нього випромінювання будь-якої частоти, називається чорним тілом. Отже, спектральна поглинальна здатність чорного тіла для всіх частот і температур тотожно дорівнює одиниці ( ).
закон Кірхгофа. Кірхгоф установив, що відношення спектральної щільності енергетичної світності Rn,T до спектральної поглинальної здатності Аn,T не залежить від природи тіла; воно є для всіх тіл універсальною функцією rn,T частоти n (Або довжини хвилі l) І температури Т:
.
Для чорного тіла , Тому із закону Кірхгофа випливає, що універсальна функція Кірхгофа rn,T - Це спектральна щільність енергетичної світності Rn,T чорного тіла. Тоді вираз для інтегральної енергетичної світності чорного тіла Re можна записати у вигляді:
.
Енергетична світність чорного тіла Re залежить тільки від температури.
Закон Стефана - Больцмана. Відповідно до закону Стефана - Больцманаенергетична світність чорного тіла Re залежить від температури Т наступним чином: , де s - Постійна Стефана - Больцмана.
|
згідно закону зміщення Віна, залежність довжини хвилі lmax , Що відповідає максимуму функції rl,T, Від температури має вигляд: , де b - Постійна Вина.
Цей вислів називають законом зміщення Вина, так як воно показує зміщення положення максимуму функції rl,T зі зміною температури Т .
Тема 15. Теорія Бора для атома водню. Спектр атома водню
ХВИЛЬОВА І КВАНТОВА ОПТИКА | Магнітне поле в центрі кругового провідника із струмом | Рівняння вільних незатухаючих гармонічних коливань | Тема 7. Рівняння вільних згасаючих гармонійних коливань. | | Тема 11. Дифракція світла. дифракція Фраунгофера | Додаткова тема. Рівняння Максвелла для стаціонарних електричного і магнітного полів |