14. Квантова гіпотеза і формула Планка. Фотони. Маса та імпульс фотона. Тиск світла.

В 1900 р. М.Планк вперше знайшов правильний вираз для функції Кірхгофа і обґрунтував спектральні закономірності випромінювання абсолютно чорного тіла.В своїх розрахунках Планк, враховуючи, що об’ємна густина енергії рівноважного випромінювання в замкненій порожнині залежить від температури стінок порожнини, а матеріал стінок значення не має, вибрав найпростішу модель випромінювальної системи у вигляді сукупності лінійних гармонічних осциляторів (електричних диполів) з найрізноманітнішими частотами  . Кожний з таких осциляторів відповідає монохроматичній компоненті чорного випромінювання. Нехай   - середнє значення енергії осцилятора з власною частотою  . Тоді випромінювальна здатність абсолютно чорного тіла

Правильний вираз для середньої енергії осцилятора   і функції Кірхгофа вдалось знайти Планку введенням квантової гіпотези, яка зовсім не притаманна класичній фізиці. У класичній фізиці припускається, що енергія будь-якої системи може змінюватись неперервно, набираючи будь-яких, як завгодно близьких значень. За квантовою гіпотезою Планка енергія   осцилятора може набувати тільки певних дискретних значень, які дорівнюють цілому числу елементарних порцій - квантів енергії  згідно з гіпотезою Планка атоми і молекули випромінюють енергію окремими порціями, або квантами, величина яких  .

Фото́н — квант електромагнітного поля, елементарна частинка, що є носієм електромагнітної взаємодії. Фотони не мають електричного заряду. Їхні основні характеристики: енергія, зв'язана з частотою за допомогою формули  і спін рівний одиниці. Фотон є істинно-нейтральною частинкою, що означає, що його античастинка є тим самим фотоном. Імпульс фотона визначають за формулою

Фотони видимого світла мають енергії в діапазоні від 1,7 до 3 еВ; вони з`являються при переходах атомів і молекул із збуджених станів в стани з меншою енергією. Фотон, як і будь-яка інша частка, має енергію, імпульс і масою. Ці корпускулярні характеристики фотона пов'язані із хвильовою характеристикою світла – частотою:

Світлови́й тиск — тиск, який світло чинить на тіло, в якому поглинається, або від якого відбивається. За законом збереження імпульсу при поглинанні фотона цей імпульс передається тілу, що його поглинуло. При відбитті світла імпульс фотона міняється на протилежний, а тіло, від якого відбивається світловий промінь, отримує вдвічі більший імпульс. Якщо на одиницю поверхні тіла в одиницю часу падає n' фотонів, поглинаючись в ній, то тиск на поверхню P дорівнює

,

де I — потік світлової енергії.

При відбитті світла поверхнею тіла світловий тиск вдвічі більший. При проходженні фотона наскрізь світлового тиску не виникає. Тому в загальному випадку наведену формулу потрібно скоригувати з врахуванням цих процесів.

15. Гальмівне рентгенівське випромінювання

Гальмівне випромінювання - електромагнітне випромінювання, що випускається зарядженою часткою при її розсіянні (гальмуванні) в електричному полі. Іноді в поняття "гальмівне випромінювання" включають також випромінювання релятивістських заряджених частинок, що рухаються в макроскопічних магнітних полях (в прискорювачах, в космічному просторі), і називають його магнітотормозного; однак більш вживаним в цьому випадку є термін " синхротронне випромінювання ". Згідно з класичною електродинаміки, яка досить добре описує основні закономірності гальмівного випромінювання, його інтенсивність пропорційна квадрату прискорення зарядженої частинки. Так як прискорення обернено пропорційно масі mчастинки, то в одному і тому ж полі гальмівне випромінювання найлегшій зарядженої частинки - електрона буде, наприклад, в мільйони разів могутніше випромінювання протона. Тому найчастіше спостерігається і практично використовується гальмівне випромінювання, що виникає при розсіюванні електронів на електростатичному полі атомних ядер і електронів; така, зокрема, природа рентгенівських променів в рентгенівських трубках і гамма-випромінювання, що випускається швидкими електронами при проходженні через речовину. Причиною значного гальмівного випромінювання може бути тепловий рух в гарячій розрідженій плазмі. Елементарні акти гальмівного випромінювання, називаються в цьому випадку тепловим, обумовлені зіткненнями заряджених частинок, з яких складається плазма. Космічне рентгенівське випромінювання, спостереження якого стало можливим з появою штучних супутників Землі, частково є, мабуть, тепловим гальмівним випромінюванням. Гальмівне рентгенівське і гамма-випромінювання широко застосовуються в техніці, медицині, в дослідженнях з біології, хімії та фізики.