Fotonii. Pentru a explica distribuția energiei în spectrul radiației termice de echilibru, este suficient să presupunem că lumina este emisă numai în loturi. Pentru a explica efectul fotoelectric, este suficient să presupunem că lumina este absorbită de aceleași porțiuni. Einstein a mers mult mai departe. El a prezentat ipoteza că lumina se propagă sub formă de particule discrete. Ulterior, aceste particule se numesc fotoni.
Existența fotonilor a fost confirmată experimental în experimentul Bothe. El a arătat că energia de raze X se extinde sub formă de porțiuni într-o direcție sau alta (și nu în toate direcțiile simultan ca pentru un val electromagnetic).
Deoarece fotonul se mișcă cu viteza luminii în orice cadru de referință inerțial, conform principiilor teoriei relativității, nu are o masă de odihnă. Energia fotonului este determinată de frecvența sa
Pentru particulele care nu au o masă de odihnă, impulsul este legat de energia relației. Pentru un foton, ajungem
Deoarece fotonii au un impuls, incidentul luminos pe corp trebuie să exercite presiune asupra acestuia. Se calculează în termenii teoriei cuantice a presiunii exercitate asupra luminii suprafața corpului de curgere radiație monocromatică (frecvență w), perpendicular pe suprafața de incident. În cazul în care unitatea de timp pe unitatea de suprafață se încadrează N fotoni, atunci r coeficientul de reflexie a luminii de suprafață reflectată fotoni rn, o (1-r) N - absorbită. Fiecare foton absorbit transmite o suprafață de impuls. și fiecare reflectat - (în reflecție, momentul fotonului modifică direcția). Prin urmare, presiunea luminii
este energia tuturor fotonilor care intră pe o unitate de suprafață pe unitate de timp, adică iluminarea energetică a suprafeței și a este densitatea volumului energiei radiației. prin urmare
Formula (18-22) coincide cu expresia obținută din teoria electromagnetică (val) a lui Maxwell.
Efectul Compton. Sunt deosebit de distincte proprietățile corpusculare ale luminii în fenomen, numită efectul Compton. Investigarea împrăștierea de raze X, cu diferite substanțe, se constată că o rază dispersată, împreună cu radiația originală lungimea l conține, de asemenea, o lungime de undă mai raze l ¢. Diferența Dl = l ¢ -l sa dovedit a depinde numai de unghiul q între direcția fasciculului primar și radiația împrăștiată.
efectul Compton se datorează împrăștierea elastică a radiației de raze X la (cuplat sau slab) liber substanța electroni, care este însoțită de o creștere a lungimii de undă. Acest efect nu se potrivește teoria ondulatorie conform căreia lungimea de undă a împrăștierii nu trebuie să varieze: sub acțiunea unui câmp optic periodic variază în funcție de frecvența câmpului de electroni și, prin urmare, emite undele împrăștiate de aceeași frecvență.
Toate caracteristicile efectului Compton pot fi explicate pe baza conceptelor cuantice ale naturii luminii, având în vedere împrăștierea ca o coliziune elastică a fotonilor cu raze X cu electroni liberi. Într-o coliziune, un foton transferă o parte electronică a energiei și impulsului în conformitate cu legile de conservare.
Să ne gândim la coliziunea elastică a două particule (Fig.18.4) - un foton incident cu impuls și energie. cu un electron liber în repaus (restul energiei este masa de odihnă a electronului). Conform legii conservării energiei
Conform legii conservării impulsului
În formulele (18-23), (18-24) p - puls, și - după ciocnire energia electronilor, - energia, și - impulsul fotonului imprastiate. Noi transformăm (18-24) forma
Substituind valorile cantitative în (18-23) și (18-25) și denotând prin q unghiul de împrăștiere a fotonului, obținem
Rezolvarea ecuațiilor în comun (18-26) și (18-27), obținem
Pentru că și. avem
unde se numește lungimea de undă Compton a particulei luate în considerare, în acest caz electronul. Pentru un electron.
Atât efectul Compton cât și efectul fotoelectric se datorează interacțiunii fotonilor cu electroni. În primul caz, fotonul este împrăștiat, în al doilea caz este absorbit. Scattering apare atunci când un foton interacționează cu un electron liber sau legat, și efectul fotoelectric cu un electron legat. Se poate demonstra că atunci când un foton se ciocnește cu un electron liber, absorbția fotonului nu poate să apară, deoarece acest proces contravine legilor conservării energiei și impulsului. Prin urmare, în interacțiunea fotonilor cu electroni liberi, se poate observa doar împrăștierea lor; efectul
Atomii și spectrele lor. Elemente ale fizicii atomice. Modele ale atomului lui Thomson și Rutherford. Spectrul de linie al atomului de hidrogen. Postulatele lui Bohr. Experimentele lui Frank și Hertz. Spectrul atomului de hidrogen conform lui Bohr.
Trimiteți-le prietenilor: