Билет № 22

1. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора. Лазеры. Испускание и поглощение света атомами. Спектры.

В науке очень долго считалось, что Атом – это наименьшая, НЕДЕЛИМАЯ частиц вещества.

1.Первым, кто нарушил эти представления был Томсон: он считал, что атом – это некая положительная субстанция, в которую «как изюминки в кекс» вкраплены электроны. Важность этой теории – то, что атом перестали признавать неделимым
2. Резерфорд поставил опыт по рассеиванию альфа-частиц. Радиоактивным веществом бомбардировались тяжелые элементы (золотая фольга). Резерфорд ожидал увидеть светящиеся круги, а увидел светящиеся кольца.
Объяснение Резерфорда: в центре атома находится весь положительный заряд, а электроны ни оказывают никакого влияния на поток альфа-частиц
3. Планетарная модель атома водорода по БОРУ	+ -

Квантовые постулаты Бора: 1. Электрон, вращаясь по стационарной орбите энергии не излучает. 2. Поглощая или излучая энергию электрон соответственно поднимается на более дальнюю о ядра орбиту (уровень), либо опускается на более близкий к ядру уровень.

Поглощение света

Вынужденное излучение

Спонтанное излучение

Излучая порцию энергии (видимой) атом дает только ему присущий набор длин волн – спектр.

Виды спектров:

1. Спектр излучения (испускания): (дают тела в нагретом состоянии)

а) Сплошной – дают все атомы в твердом, жидком состоянии или плотные газы

б) Линейчатый – дают атомы в газообразном состоянии

2. Спектр поглощения: если через вещество пропустить свет, то это вещество будет поглощать именно те волны, которые излучает в нагретом состоянии (на сплошном спектре появляются темные полоски)

Спектральный анализ – это метод определения химического состава вещества по его спектру излучения или поглощения.

Метод основан на том, что каждому химическому элементу присущ свой набор длин волн.

Применение спектрального анализа: в криминалистике, медицине, в астрофизике.

Спектрограф – это прибор, для проведения спектрального анализа. Спектроскоп отличается от спектрографа тем, что с помощью него можно не просто наблюдать за спектрами, но и сделать фотографический снимок спектра.

Билет 23 Квантовые свойства света. Фотоэффект и его законы. Применение фотоэффекта в технике.

Квантовые свойства света     

В 1900 г. немецкий физик Макс Планк высказал гипотезу: свет излучается и поглощается не непрерывно, а отдельными порциями — квантами (или фотонами). Энергия Е каждого фотона определяется формулой  Е = hv, где h — коэффициент пропорциональности — постоянная Планка,  v— частота света.  Опытным путем вычислили h = 6,63·10^-34 Дж·с.  Гипотеза M.Планка объяснила многие явления, а именно, явление фотоэффекта, открытого в 1887 г. немецким ученым Г. Герцем.  Далее фотоэффект изучил  экспериментально русский ученый Столетов.

Фотоэффект и его законы 

схема опыта Столетова

Фотоэффект — это вырывание  электронов из вещества под действием света. В результате исследований было установлено 3 закона фотоэффекта: 1. Фототок  насыщения прямо пропорционален падающему световому потоку. 2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно растает с частотой света и зависит от его интенсивности. 3. Для каждого вещества существует максимальная длина волны, при которой фотоэффект еще наблюдается. При больших длинах фотоэффекта нет.

Теорию фотоэффекта создал немецкий ученый А. Эйнштейн в 1905 г. В основе теории Эйнштейна лежит понятие работы выхода электронов из металла и понятие о квантовом излучении света. По теории Эйнштейна фотоэффект имеет следующее объяснение: поглощая квант света, электрон приобретает энергию. При вылете из металла энергия каждого электрона уменьшается на определенную величину, которую называют работой выхода (Авых). Работа выхода — это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл. Она зависит от типа металла и состояния его поверхности. Максимальная энергия электронов после вылета (если нет других потерь) имеет вид:   

 — это уравнение Эйнштейна.

Если  hv < Авых , то фотоэффекта не происходит. Предельную частоту  v_min  и предельную длину волны λ_max называют красной границей фотоэффекта. Она выражается так: v_min =A/h ,  λ_max= λ_кр = hc/A, где λ_max ( λ_кр ) – максимальная длина волны , при которой фотоэффект еще наблюдается. Красная граница фотоэффекта   для разных веществ различна, т.к. А зависит от рода вещества.

Применение фотоэффекта в технике. Приборы, в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют фотоэлементами. Простейшим таким прибором является вакуумный фотоэлемент. Недостатками такого фотоэлемента являются: слабый ток, малая чувствительность к длинноволновому излучению, сложность в изготовлении, невозможность использования в цепях переменного тока. Применяется в фотометрии для измерения силы света, яркости, освещенности, в кино для воспроизведения звука, в фототелеграфах и фототелефонах, в управлении производственными процессами.

    Существуют полупроводниковые фотоэлементы, в которых под действием света происходит изменение концентрации носителей тока. На этом явлении (внутреннего фотоэффекта) основано устройство фоторезисторов. Они используются при автоматическом управлении электрическими цепями (например, в турникетах метро), в цепях переменного тока, в часах, микрокалькуляторах. Полупроводниковые фотоэлементы используются в солнечных батареях на космических кораблях, в  первых автомобилях. С явлением фотоэффекта связаны фотохимические процессы, протекающие под действием света в фотографических материалах.