Вопрос 10

Экспериментальное обоснование квантовой механики

1. Тепловое излучение твердого тела.

2. Фотоэлектрический эффект.

3. Эффект Комптона.

4. Дискретный характер спектров атомов.

Ньютон полагал, что свет – поток частиц и все свойства света можно описать с помощью законов механики.

Гюйгенс выдвинул волновую теорию. Свет – этот распространение возмущений в светоносной среде – эфире. В дальнейшем эту теорию развивали: Юнг, Эйнр, Ломоносов и др.

На основе трудов Максвелла и Герца была установлена электромагнитная природа света. Свет – это электрические волны, распространяющиеся со скоростью света в вакууме, а в среде со скоростью: с/n;

Явление фотоэлектрического эффекта:

Фотоэффект – испускание электронов веществом под действие света. Это явление было открыто Г. Герцем в 1887г. Он заметил, что проскакивание искры между шариками разрядника значительно облегчается, если один из шариков осветить ультрафиолетовыми лучами.

В дальнейшем исследованием фотоэффекта с 1888 по 1889 г. занимался А. Г. Столетов, спустя еще 10 лет Ленард и Томсон, усовершенствовали прибор, установка схематично показана на рисунке:

К

Прибор Ленарда-Томсона. (рис 1)

в – кварцевое окошко, через которое пропускают свет.

А – анод.

К – катод.

Г – гальванометр.

П – потенциометр.

Полученная на таком приборе вольт-амперная характеристика приведена на рис 2:

И

Вольт-амперная характеристика (рис 2)

з этой кривой видно, что при некотором не очень большом напряжении фототок достигает насыщения – все электроны, испущенные катодом, попадают на анод.

U_з – то напряжение, которое надо приложить чтобы сила тока была равна 0.

Тогда можно записать:

m – масса электрона.

Таким образом, измерив U_з можно определить максимальное значение скорости фотоэлектронов.

В 1905 г. А Эйнштейн показал, что все закономерности фотоэффекта легко объясняются, если предположить, что свет поглощается, такими же порциями, какими, по теории Планка они и испускаются. По теории Эйнштейна, энергия, полученная электроном, достается ему в виде кванта , который усваивается им целиком. Часть этой энергии равная работе выхода – А, затрачивается на то, чтобы электрон мог покинуть тело.

- формула Эйнштейна

Эффект Комптона

При длине волны <0,4 мкм, мы переходим в ультрафиолетовую область света. При этом переходе в области РИ (рентгеновского излучения) и гамма излучения, наблюдается так называемый эффект Комптона:

Особенно отчетливо проявляются корпускулярные свойства света в явлении, которое получило название эффект Комптона. В 1923г. А Комптон, исследуя рассеяние рентгеновских лучей различными веществами, обнаружил, что в рассеянных лучах наряду с излучением первоначальной длины волны  содержатся также лучи большей длины волны ’. Разность оказалась зависящей только от угла , образуемого направление рассеянного излучения с направлением первичного пучка.

Н

Эффект Комптона (рис 4)

еупругое соударение гамма-кванта с покоящимся электроном, в результате которого изменяется энергия электрона и гамма кванта.

Для объяснения закона фотоэффекта необходимо использовать закон сохранения импульса и закон сохранения энергии:

где: ; ; ;

,

где  - угол, на который откланяется квант.

Уравнение Шредингера

Основная задача квантовой механики – нахождение волновой функции, вида волны, соответствующей данной частице.