38. Корпускулярно-хвильовий дуалізм світла, квантові властивості світла, маса, імпульс та енергія кванта.

З одного боку світло – це електро-магнітна хвиля, а за іншого боку – світло, це потік світлових частинок, фотонів

Світло завжди має двоїсту природу, але в одних явищах (інтерференція, дифракція, поляризація) чітко виявляються хвильові властивості світла, а в інших (фотоефект) — корпускулярні.

Світло випромінюється не у вигляді хвиль безперервно, а дискретно у вигляді певних і неподільних порцій енергії, які називаються кванти (фотони).

Фотон не має маси спокою, тобто фотон існує тільки коли рухається.

Зв'язок між хвильовими і корпускулярними властивостями світла визначається формулою Планка: ε=hν=hc/λ, де ε - енергія кванта; ν – частота випромінювання; h – стала Планка (6,62*10^-34 Дж*с)

E=hν p=m*V

E=mc² V=c

E=hν/c² p=hν/c

39. Фотоефект, рівняння ейнштейна для фотоефекту, застосування фотоефекту.

Фотоефект - це випускання електронів речовиною під дією світла (і, взагалі кажучи, будь-якого електромагнітного випромінювання). В конденсованих речовинах (твердих і рідких) виділяють зовнішній і внутрішній фотоефект.

Три закони фотоефекту

1)Кількість фотоелектронів прямо пропорційна інтенсивності світла.

2)Максимальна кінетична енергія фотоелектронів не залежить від інтенсивності світла, кінетична енергія фотоелектронів прямо пропорційна частоті світла.

3)Для кожної речовини існують порогові значення частоти та довжини хвилі світла, які відповідають межі існування фотоефекту; світло з меншою частотою та більшою довжиною хвилі фотоефекту не викликає.

Оскільки це порогове значення завжди ближче до червоного світла, то йому дали назву червона межа фотоефекту.

Теоретичне пояснення явища дав Альберт Ейнштейн, за що отримав Нобелівську премію. Ейнштейн використав гіпотезу Макса Планка про те, що світло випромінюється порціями (квантами) із енергією, пропорційною частоті.

Припустивши, що світло і поглинається такими ж порціями, він зміг пояснити залежність швидкості вибитих електронів від довжини хвилі опромінення.

, де ν — частота світла, h — стала Планка, m — маса електрона, v — його швидкість, A — робота виходу.

Завдяки відкриттю фотоефекту стало можливим:

1) звукове кіно;

2) створення різноманітних апаратів, які слідкують за освітленістю вулиць, своєчасно запалюють і гасять бакени на річках, працюють "контролерами" в метро, рахують готову продукцію, контролюють якість обробки деталей;

3) перетворення світлової енергії в електричну за допомогою фотоелементів.

40. Лазери

Лазер - пристрій для генерування або підсилення монохроматичного світла, створення вузького пучка світла, здатного поширюватися на великі відстані без розсіювання і створювати винятково велику густину потужності випромінювання при фокусуванні (108 Вт/см² для високоенергетичних лазерів).

Фізичної основою роботи лазера служить явище вимушеного (індукованого) випромінювання. Суть явища полягає в тому, що збуджений атом здатний випроменити фотон під дією іншого фотона без його поглинання, якщо енергія останнього дорівнює різниці енергій рівнів атома до і після випромінювання. При цьому випромінений фотон когерентний фотону, який викликав випромінювання (є його «точною копією»). Таким чином відбувається посилення світла. Цим явище відрізняється від спонтанного випромінювання, в якому випромінювані фотони мають випадкові напрямку поширення.

Лазери використовуються для зв'язку (лазерний промінь може переносити набагато більше інформації, ніж радіохвилі), різання, пропалювання отворів, зварювання, спостереження за супутниками, медичних і біологічних досліджень і в хірургії.

40 Квáнтовий генерáтор - загальна назва джерел електромагнітного випромінювання, що працюють на основі вимушеного випромінювання атомів і молекул. Залежно від того, хвилі якої довжини випромінює квантовий генератор, він може називатися по різному: лазер, мазер, разер, газер.

Вперше на можливість створення квантового генератора вказав радянський фізик В. А. Фабрикант в кінці 40-х років. Перший мазер на молекулах аміаку (розчин аміаку у воді - нашатирний спирт) був зроблений в 1954 році одночасно і незалежно у Фізичному інституті Академії наук СРСР Н. Г. Басовим і А. М. Прохоровим і в Колумбійському університеті Ч. Таунсом зі співробітниками. В 1964 році за цю роботу їм була присуджена Нобелівська премія.