16.Квантовая природа излучения . Квант энергии электромагнитного излучения.

http://fizika.ugtu.net/files/stroitelstvo/glava17.pdf

Энергия кванта электромагнитного излучения фиксирована и равна

E = hν,

где h = 4·10^–15 эВ·с = 6·10^–34 Дж·с — постоянная Планка, еще одна фундаментальная физическая величина, определяющая свойства нашего мира. С отдельным электроном при фотоэффекте взаимодействует отдельный квант, и если его энергии недостаточно, он не может выбить электрон из металла.

17.Фотон, масса и импульс фотона.

Фотон - это квант света. Согласно гипотезе световых квантов Эйнштейна, испускание, поглощение и распространение света происходит дискретными порциями (квантами), названными фотонами (фото – свет). Энергия фотона:

Эйнштейн получил формулу, связывающую массу и энергию. Формула Эйнштейна:

Для фотона Е= Е₀, следовательно . Отсюда масса фотона:

Фотон отличается от макроскопических тел и элементарных частиц тем, что он является элементарной частицей света, которая в любой среде движет­ся со скоростью света и не имеет массы покоя m_{0фотона} = 0.Масса покоя - это масса, которой обладает частица при V =0, т.о., покоящихся фотонов не суще­ствует. Если свет остановить, то это означает, что энергия света поглотится веществом и света не будет. Массу фотона следует считать полевой массой, это означает, что свет обладает массой связанной с элементарным полем све­товой волны. Фотон обладает энергией, но всякой энергия соответствует мас­са (это следует из ). Если понимать под Е энергию электромагнитного поля, то под m следует понимать массу электромагнитного поля световой вол­ны, т.о., поле, как и вещество, имеет энергию и массу. Поле - одна из форм су­ществования материи. Наличие у поля энергии и массы является доказательст­вом материальности электромагнитного поля.

Импульс фотона — это импульс элементарной частицы (фотона), квант электромагнитного излучения (в узком смысле — света). Это частица, способная существовать и иметь массу только двигаясь со скоростью света.  

18.Эффект Комптона, внешний и внутренний фотоэффект. Закон сохранения энергии и импульса при взаимодействии фотона с веществом.

Еще одним эффектом, в котором проявляются корпускулярные свойства света, является эффект А. Комптона (1923 г.), заключающийся в изменении длины волны, рассеянного легкими атомами (парафин, графит, бор) рентге­новского излучения.

С хема опытов Комптона: монохроматические рентгеновские лучи, соз­даваемые рентгеновской трубкой А, проходят через диафрагмы Д и узким пучком направляются на легкое рассеивающее вещество В. Лучи, рассеянные на угол θ, регистрируются приемником рентгеновских лучей Пр. - рентгенов­ским спектрографом, в котором измеряется длина волны рассеянных рентге­новских лучей. Опыты Комптона показали, что длина волны λ’ рассеянного  света больше длины волны λ падающего свежа, причем разность λ’ – λ за­висит только от угла рассеяния θ:

- комптоновская длина волны, определяется массой исследуемого вещества.

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твёрдых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Он проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости иливентильного фотоэффекта.

Законы сохранения энергии и импульса при фотоэффекте могут быть представлены в виде:

hν = Т_е + I_i + Т_я,   и    

где , − кинетическая энергия ядра отдачи; I_i  − энергия ионизации i-й оболочки атома; . Так как обычно hν >> I_i + Т_я, то энергия фотоэлектронов Т_е ≈ hν, и, следовательно, энергетический спектр фотоэлектронов близок к монохроматическому.     Из законов сохранения энергии и импульса следует, что фотоэффект не может происходить на свободном электроне. Докажем это "от противного": предположим, что такой процесс возможен. Тогда законы сохранения будут выглядеть так

    Отсюда получаем уравнение 1 − β = √1 − β², которое имеет два корня β = 0 и β = 1. Первый из них соответствует Т_е = hν = 0, а второй не имеет физического смысла для частиц с массой отличной от нуля.     Еще нагляднее это доказательство выглядит для нерелятивистского случая: hν = m_ev²/2 и hν/c = m_ev. Решение системы приводит к выражению v = 2с, чего не может быть.     Таким образом, свободный электрон не может поглощать фотон. Для фотоэффекта существенна связь электрона с атомом, которому передается часть импульса фотона. Фотоэффект возможен лишь на связанном электроне. Чем меньше энергия связи электрона с атомом по сравнению с энергией фотона, тем менее вероятен фотоэффект. Это обстоятельство определяет все основные свойства фотоэффекта:

a) ход сечения с энергией фотона − σ_ф(hν) ,

b) соотношение вероятностей фотоэффекта на разных электронных оболочках,

c) зависимость сечения от Z среды.