4.)Энергия и импульс световых квантов. Давление света

Фотон – дискретные частицы, распространяющие свет.

Масса фотона равна 0. Импульс фотона: , где - волновое число.

Энергия фотона: .

Корпускулярно-волнового дуализма для света: в одних явлениях проявляется его волновая природа, и он ведёт себя как электромагнитная волна, в других явлениях проявляется корпускулярная природа света, и он ведёт себя как поток фотонов.

Впервые гипотеза о существовании светового давления была высказана И. Кеплером в XVII веке. В 1873 г. Максвелл дал теорию давления света в рамках своей классической электродинамики. Экспериментально световое давление впервые исследовал П. Н. Лебедев в 1899 г. В его опытах в вакуумированном сосуде на тонкой серебряной нити подвешивались крутильные весы, к коромыслам которых были прикреплены тонкие диски из слюды и различных металлов.

С точки зрения волновой теории света электромагнитная волна представляет собой изменяющиеся и взаимосвязанные во времени и пространстве колебания электрического и магнитного полей. При падении волны на отражающую поверхность, электрическое поле возбуждает токи в приповерхностном слое, на которые действует магнитная составляющая волны. Таким образом, световое давление есть результат сложения многих сил Лоренца, действующих на частицы тела.

Квантовое объяснение эффекта Комптона: Рассеивание рентгеновских лучей с волновой точки зрения связано с вынужденными колебаниями электронов вещества, так что частота рассеянного света должна равняться частоте падающего. Тщательные измерения Комптона показали, однако, что на ряду с излучением неизменной длины волны в рассеянном рентгеновском излучении появляется излучение несколько большей длины волны.

5.)Внешний, внутренний и вентильный фотоэффект

Фотоэффектом называется электрические явления, которые происходят при освещении светом вещества, а именно: выход электронов из вещ-ва (фотоэлектронная эмиссия), возникновение ЭДС.

Вылет электронов из освещенных тел называют внешним фотоэффектом.

Столетов экспериментально установил, что внешний фотоэффект подчиняется следующим законам:

1.Максимальная скорость вылетающих с поверхности металла электронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты.

2.Существует предельная длина волны характерного для каждого вещества, выше которого фотоэффект не наблюдается (простая граница Фотоэффекта).

Эти закономерности, наблюдаемые экспериментально, нельзя было объяснить, считая свет волной, в фотоэффекте действует корпускулярная природа света.

Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

Согласно Эйнштейну(Э), свет частотой ν не только испускается, как это предлагал Планк, но и распространяется в пространстве и поглощается веществом отдельными порциями (квантами), энергия которых E₀=hν. По Э. каждый квант поглощается только одним электроном(еˉ). поэтому число вырванных фото-еˉ должно быть пропорционально интенсивности света(1 закон фотоэффекта). Безинерционность фотоэффекта объясняется тем, что передача энергии при столкновении фотона с еˉ происходит почти мгновенно. Энергия падающего фотона расходуется на совершение еˉ работы выхода А из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии mV²_max/2. по закону сохранения энергии, h·ν = Авых+ m·V²/2. (1)это уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Согласно уравнению (1) получаем, что ν₀=А/ h и есть красная граница фотоэффекта для данного металла. Она зависит лишь от работы выхода еˉ т.е. от химической природы вещества и состояния его поверхности.

Из уравнения (1) непосредственно следует, что максимальная кинетическая энергия (mV²_max /2) возрастает с увеличением частоты падающего света. С уменьшением частоты кинетическая энергия (mV²_max /2) уменьшается и при некоторой частоте ν₀ она становиться равной нулю и фотоэффект прекращается (hν₀=A). Отсюда ν₀=A/h

ν₀- красная граница фотоэффекта (ниже которой фотоэффект не наблюдается), она зависит лишь от работы выхода электрона из металла (то есть от химической природы вещества).