Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Московский государственный технический университет им. H.Э.Баумана

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Физика_Л_1-2

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.03.2015

Размер:

545.31 Кб

Скачать

☆

1 / 21 2 > Следующая >>>

	Семестр 4. Лекции 1 - 2	1
dR	Лекции 1 - 2. Квантовые свойства излучения.

Гипотеза Планка, дискретный характер испускания и поглощения электромагнитного излучения веществом. Квантовое объяснение законов теплового излучения. Корпускулярноволновой дуализм света. Фотоны. Фотоэффект и эффект Комптона.

Тела испускают электромагнитные волны за счет различных видов энергии. Излучение, испускаемое за счёт внутренней энергии тел, называется тепловым излучением.

Остальные типы излучения называются люминесценцией. Люминесценция — нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения. Фотолюминесценция - свечение под действием света (видимого и УФ-диапазона). Она, в свою очередь,

делится на флуоресценцию и фосфоресценцию. Хемилюминесценция — свечение, исполь-

зующее энергию химических реакций; катодолюминесценция — вызвана облучением быстрыми электронами (катодными лучами); сонолюминесценция — люминесценция, вызванная звуком высокой частоты и т.д.

При люминесценции равновесие излучения с телом невозможно, т.к. излучение прекращается при полном расходовании запасённой энергии.

Особенностью теплового излучения является то, что оно существует при любой температуре и может находиться в термодинамическом равновесии с телами, (т.е. когда мощность энергии излучения тела равна мощности поглощаемого излучения). Излучение происходит во всем диапазоне длин волн (от 0 до + ) или во всём диапазоне частот.

Для характеристики мощности излучения вводят физическую величину – интегральную испускательную способность или энергетическую светимость R. Это мощность излучения,

испускаемого единичной площадкой поверхности тела по всем возможным направлениям (т.е. в

пределах телесного угла 2 ). В системе СИ единицы измерения энергетической светимости – Вт/м2.

Спектральной испускательной способностью тела (спектральной плотностью энергетической светимости) называется физическая величина, равная отношению мощности

излучения для волн с частотами в диапазоне , d к величине этого диапазона:					r	dR
					r	d
						d
(единицы измерения	Вт с	=	Дж	). Следовательно, если известна функция спектральной испус-
(единицы измерения	м2	=		). Следовательно, если известна функция спектральной испус-
	м2		м2

кательной способности, то можно получить интегральную испускательную способность или

энергетическую светимость: R r d .

Т.к. тепловое излучение осуществляется за счёт внутренней энергии, то мощность излучения зависит от температуры тела, поэтому спектральная плотность энергетической светимости является функцией двух параметров – частоты и температуры, что подчёркивают соответ-

	r ,T . Тогда
ствующими обозначениями: r ,T	r ,T . Тогда	RT r ,T d .
		0

Замечание. Спектральную плотность энергетической светимости можно определить и через

длину волны излучения:

r ,T . Так как

2 c

, то

2 c

d (с – величина ско-

рости света). Поэтому с учётом того, что при

частота получаем равенство:

2 c

RT r ,T d r ,T

r ,T

r ,T d ,

т.е.

r ,T r ,T

2 c

В общем случае, часть падающего на тело излучения отражается, а часть поглощается. Физическая величина, равная отношению мощности поглощённого излучения для волн с часто-

тами в диапазоне , d к величине мощности падающего излучения в том же диапазоне

2 Семестр 4. Лекции 1 - 2

частот, называется спектральной поглощательной способностью тела и также является

		a ,T	d ПОГЛОЩ

функцией частоты и температуры:	a ,T			.
			d ПАДАЮЩ

Определение. Тело, полностью поглощающее падающее на его поверхность излучение во всем диапазоне частот, называется абсолютно чёрным телом (АЧТ). Для АЧТ спектраль-

ная поглощательная способность тождественно равна единице для всего диапазона частот (и температур): a АЧТ ,T aАЧТ ,T 1.

ПО определению поглощательная способность тела не может быть больше единицы. Тела, для которых a ,T 1 (независимо от и Т), называют серыми.

Закон Кирхгофа.

Рассмотрим тело, находящееся в равновесии со своим тепловым излучением. В силу принципа детального равновесия, для каждого интервала частот , d выполняется равенство:

d ПОГЛОЩ dR ,

выражающее тот факт, что внутренняя энергия тела не меняется, поэтому доля поглощённой энергии равна доле излучённой энергии для каждого интервала частот , d . Но, с учётом

определения спектральной поглощательной способности и спектральной испускательной способности, это равенство можно переписать в виде:

		a	d ПАДАЮЩ		r	d ,
		,T			,T
	r	d ПАДАЮЩ
откуда следует соотношение:	,T			.
откуда следует соотношение:	a ,T	d		.
	a ,T	d

В этом равенстве справа стоит спектральная энергетическая характеристика падающего излучения, которая не зависит от свойств тела.

Если рассмотреть замкнутую равновесную термодинамическую систему из N разных тел (в том числе и АЧТ), то можно написать равенство:

						ПАДАЮЩ
	r ,T		r ,T	...	r ,T	d	.
						d
a ,T 1		a ,T 2		a ,T N

Т.к. одно из тел является абсолютно чёрным телом, для которого					a АЧТ	aАЧТ ,T 1, то это
					,T

равенство примет вид:		r ,T	r АЧТ ,T	для любого номера i	= 1, …., N. Т.е. отношение
равенство примет вид:			r АЧТ ,T	для любого номера i	= 1, …., N. Т.е. отношение
	a ,T i

спектральной испускательной способности к спектральной поглощательной способности не зависит от свойств тела и является функцией частоты и температуры, совпадающей со спектральной плотностью энергетической светимости АЧТ. Это утверждение носит на-

звание закона Кирхгофа (1859г.).

	Равновесное состояние излучения с веществом можно охарактеризовать инте-
гральной объёмной плотностью энергии uT		равновесного излучения. Соответственно, мож-
но	ввести спектральную плотность энергии теплового излучения		u ,T такую, что

uT	u ,T d (индекс Т подчёркивает зависимость от температуры.). Функция u ,T определя-
	0
ет объёмную плотность энергии излучения,		приходящуюся на единичный интервал частот
вблизи частоты .

	Семестр 4. Лекции 1 - 2									3
Расчёт показывает, что для	АЧТ энергетическая светимость связана с объёмной
плотностью энергии соотношением:	R	c	u , и для спектральных функций:	r АЧТ			c	u		.
		4 T			,T	4			,T

Модель АЧТ.

Абсолютно чёрное тело является идеализацией. В природе АЧТ не существует. Однако достаточной хорошей моделью является почти замкнутая колба с двойными стенками (между которыми находится вакуум). В этой колбе имеется малое отвер-

	отверстие			стие. Излучение, вошедшее в отверстие, испытывает многократ-
	отверстие			ное отражение от стенок полости и, в конце концов, практически

				полностью ими поглощается. Т.к. площадь отверстия мала, то ве-
				роятность того, что падающее излучение после многократного
				отражения выйдет из полости, практически равна нулю. Темпера-
				тура стенок полости поддерживается постоянной. Поэтому внут-
				ренние стенки полости находятся в термодинамическом равнове-
				сии со своим тепловым излучением. Часть этого излучения вый-
				дет через отверстие, и его можно зарегистрировать. Моделью
				АЧТ является именно отверстие, т.к. из него выходит излучение,
				близкое к излучению АЧТ.
				близкое к излучению АЧТ.
					Экспериментальные данные свидетельствуют о том,
					Экспериментальные данные свидетельствуют о том,
r ,T			T1<T2<T3		спектральная плотность энергетической свети-
r ,T			T1<T2<T3		мости как функция частоты (или длины волны) име-
T3			1> 2> 3		мости как функция частоты (или длины волны) име-
T3			1> 2> 3		ет глобальный максимум. Соответствующая это-
					ет глобальный максимум. Соответствующая это-
T2					му максимуму длина волны уменьшается с ростом
T1					температуры АЧТ, или, как принято говорить, сме-
T1					щается в сторону коротких длин волн.
					щается в сторону коротких длин волн.
					На основе экспериментального исследования
					теплового излучения Йозеф Стефан (1879г.) и Людвиг
					Больцман (1884г.) получили зависимость энергетиче-
					ской светимости АЧТ от температуры. По определе-
0	3	2	1		нию, интегральная испускательная	способность (
0	3	2	1		энергетическая светимость) равна	площади под
					энергетическая светимость) равна	площади под

графиком спектральной плотности энергетической светимости: RT r ,T d .

Закон Стефана-Больцмана:

R АЧТ T 4

гласит, что энергетическая светимость АЧТ прямо пропорциональна 4й степени его абсо-

лютной температуры. (Этот закон следует из законов термодинамики.) Коэффициент пропорциональности носит название постоянной Стефана-Больцмана и численно равен

5,67 10 8	Вт	.

	м2 К4
	м2 К4

Вильгельм Вин рассмотрел модель АЧТ, в которой одна из стенок полости могла двигаться с некоторой скоростью. Тогда из условия термодинамического равновесия излучения с веществом, учитывая эффект Доплера, он показал, что общий вид спектральной плотности энергетической светимости АЧТ как функции частоты и температуры следующий:

r АЧТ ,T 3 F ,T

						r ,T	2
где	F	- некоторая функция от отношения		. Соответственно,	r ,T			, откуда

	T		T				2 c

4 Семестр 4. Лекции 1 - 2

АЧТ

АЧТ 2 c

2 c

2 c 3

2 c 2 c

1 1

r ,T

При этом функция

r АЧТ

должна иметь максимум, соответствующий определённой длине вол-

АЧТ

ны MAX . Условие максимума функции

r ,T

приводит к соотно-

шению:

1 1

1 1 1

1 1

0 ,

откуда после сокращения

и обозначения

получим уравнение с одной переменной:

F x x 5F x 0 .

Т.к. максимум функции существует, то у этого уравнения есть хоть одно решение, соответст-

вующее глобальному максимуму x xMAX . Тогда	xMAX	1	. Т.е. длина волны, соответст-

		MAX T

вующая максимуму спектральной плотности энергетической светимости, обратно пропорциональна температуре АЧТ.

Закон смещения Вина.

Длина волны, соответствующая максимуму спектральной плотности энергетической светимости АЧТ обратно пропорциональная температуре АЧТ: MAX Tb .

Константа b 2,9 10 3 м К носит название постоянной Вина.

Из этого закона следует, что при повышении температуры	АЧТ,	максимум функции
r АЧТ ,T (или r АЧТ ,T ) смещается в сторону коротких длин	волн.	(Отсюда и следует

«странное» название – закон смещения.)

Развивая теорию теплового излучения, Джон Рэлей (1900г.) и Джеймс Джинс (1905г.) попытались получить аналитическую зависимость спектральной плотности энергетической светимости от частоты. Для этого они привлекли методы классической термодинамики. Т.к. в плоской электромагнитной волне энергия поровну распределяется между магнитным и электрическим полями, то можно считать, что каждой волне соответствует две степени свободы i = 2, поэтому средняя тепловая энергия, переносимая электромагнитной волной, равна:

Э М kT2 kT2 kT .

Подсчёт спектральной плотности количества волн (отношение возможного количества стоячих волн с частотами в интервале , d в некотором объёме к величине этого объёма) приво-

дит к соотношению: dN 2 . Следовательно, спектральная объёмная плотность энергии dV 2c3

		dN	2
равновесного теплового излучения будет равна:	u ,T			kT . Откуда для спек-
		dV	2c3

тральной испускательной способности АЧТ (спектральной плотности энергетической светимо-

сти АЧТ) приходим к формуле Рэлея-Джинса: r АЧТ		c	u		2	kT .
					4 2c2
,T	4			,T

Оказалось, что формула Рэлея-Джинса удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными об излучении абсолютно чёрного тела только в области больших длин волн (т.е. малых частот) и резко расходится с опытом для малых длин волн или больших частот излучения. При этом с ростом частоты объёмная плотность энергии неограниченно возрастает. Этот противоречивый результат, содержащийся в формуле Рэлея-Джинса, вывод которой с точки

Семестр 4. Лекции 1 - 2

зрения классической теории не вызывал сомнений, П. Эренфест назвал «ультрафиолетовой

катастрофой».

Гипотеза о квантах. Формула Планка.

«Ультрафиолетовая катастрофа» показала, что классическая физика содержит ряд принципиальных внутренних противоречий, которые проявились в теории теплового излучения и разрешить которые можно только с помощью принципиально новых физических идей.

Такая физическая идея была сформулирована Максом Планком в 1900 году в виде гипотезы о квантах. Согласно этой гипотезе энергия системы может принимать только дискретные значения. При испускании электромагнитных волн энергия системы уменьшается на величину энергии излучения. Поэтому энергия излучения тоже является дискретной. Мини-

мальную величину энергии излучения он назвал квантом. Энергия кванта зависит от частоты

излучения и определяется по формуле: E h .
Коэффициент пропорциональности h 6,626 10 34 Дж с		называется постоянной План-
ка. Соответственно, приведённая постоянная Планка	h	1,055 10 34 Дж с.
ка. Соответственно, приведённая постоянная Планка	2	1,055 10 34 Дж с.
	2

Постоянная Планка является принципиально новой константой и не может быть получена из констант классической физики.

Если рассмотреть равновесное излучение как термодинамическую систему, то к ней можно применить классическое распределение Больцмана. Вероятность нахождения системы в одном из состояний со значением энергии En определяется выражением:

		E
	exp		n
	exp
pn		kT			,
pn			E		,
			E
	exp			i
	exp
	i		kT

где суммирование проводится по полному набору дискретных значений E0 ,E1 ,E2 ,...,EN .

Среднее значение энергии определится выражением:

p0 E0 p1E1 p2 E2 ... pN EN pi Ei .

i 0

Для электромагнитной волны теплового излучения характерно излучение во всём диапазоне частот, поэтому набор энергий будет бесконечным 0, ,2 ,...,n ,... . Тогда

exp

pi Ei

i 0

n 0

i 0

exp

i 0

n 0

Здесь для удобства немой индекс суммирования i

заменён на n. Учтем, что в бесконечной гео-

метрической прогрессии

exp

, exp

, …

1, то сумма

знаменатель прогрессии равен

exp

Если предположить,

что exp

равна:

exp

1 exp

exp

...

n 0

exp

6	Семестр 4. Лекции 1 - 2

Тогда среднее значение энергии излучения с частотой определится из следующих преобразований:

	n
	n
exp			n
exp			n
n 0	kT
		n
		n
exp
exp		kT
n 0		kT

				2				3
exp		2	exp		3	exp				...
				kT
	kT							kT
				2			3

1 exp			exp		exp				...
				kT			kT
		kT


exp		2

	kT

	2			3
exp		3	exp		...	1	exp

	kT			kT				kT

exp


	exp
	exp
		kT


	1 exp
	1 exp
			kT
т.е.

				,


		1
	exp
	exp
	kT
			.


		1
exp
exp
	kT

		2				3						3
exp				2	exp			3		exp				...
exp		kT		2	exp			3		exp		kT		...
		kT				kT						kT
	3
exp			...		exp			1	exp				...
exp			...		exp			1	exp				...
	kT						kT				kT

Следовательно, спектральная объёмная плотность энергии теплового излучения будет равна:

. Откуда r

АЧТ

u ,T

2c3

4 2c2

exp

Закон излучения Планка.

Спектральная плотность энергетической светимости АЧТ равна:

r АЧТ	1		3		.
	4 2c2
,T				1
		exp

		kT

Следствия из формулы излучения Планка.

1) Вид функции в законе Планка совпадает с формулой Вина	r	АЧТ	3
1) Вид функции в законе Планка совпадает с формулой Вина	r		,T F		.
				T

2) Найдем длину волны, соответствующую максимуму спектральной плотности энергетической светимости АЧТ.

Т.к.

2 c 3

АЧТ 2 c

2 c

АЧТ

, то

4 2c2

2 c

exp

АЧТ

)

0 , откуда

(r ,T

2 c

exp

															Семестр 4. Лекции 1 - 2																					7
																									2		2				2 c
				2	c	2										2		c	2				4			c		exp						2 c
				2		2										2			2				4			c		exp
	d			4							5					4													kT						0
																																				,
																																				,
	d	5					2 c							6						2 c				5						2 c		2	kT 2
			exp						1						exp						1				exp							1
			exp						1						exp						1				exp							1
				kT												kT												kT
																			2 c
															exp							2 c
															exp
																kT										5 .
																	2 c				kT					5 .
																	2 c				kT
													exp								1
													exp								1
															kT
Вводя обозначение								x			2 c	, получаем трансцендентное уравнение x exp x 5 exp x 1 .
Вводя обозначение								x		kT		, получаем трансцендентное уравнение x exp x 5 exp x 1 .
										kT
Решение этого уравнения:											x0 4,965114232. Откуда для длины волны																					MAX , соответствующей

максимуму спектральной испускательной способности получаем выражение:

2 c

2,9 10 3

м.

MAX

Следовательно, вычисленное значение постоянной Вина b 2,9 10 3 м К практически совпада-

ет с экспериментальным значением.

3) Найдем интегральную характеристику излучения - энергетическую светимость АЧТ:

АЧТ

RT r

,T d

2 3

exp x 1

exp

Численный расчёт даёт значение:

dx 6,5 ,

откуда R

5,65 10 8

T 4 .

exp x 1

Т.е. вычисленное значение постоянной Стефана-Больцмана практически совпадает с экспери-

ментальным значением.

4) Если в законе излучения Планка: r

АЧТ

устремить

0 , то с уче-

4 2c2

exp

АЧТ

том разложения

exp

получим выражение: r

kT ,

4 c 1

4 c

совпадающее с формулой Рэлея-Джинса. Т.е. формула Рэлея-Джинса описывает случай, когда

энергия кванта излучения много меньше энергии теплового движения:

kT .

5) Для примера представим графики r

АЧТ

для некоторых температур. Для этого введём пере-

менную x

и перепишем закон излучения Планка в виде

1,38 10

r АЧТ

4 2c2

2 exp x

4 2

9 10 161,0552

10 68

exp

Тогда r АЧТ ,T

6,6 1012

. Графики такой зависимости для различных Т представле-

exp

ны ниже.

8			Семестр 4. Лекции 1 - 2
rАЧТ ,T
Дж/м2
6,0E+20
5,0E+20
				T=400, K
4,0E+20
				T=300, K
3,0E+20				T=200, K
				T=200, K
2,0E+20				T=100, K
2,0E+20
1,0E+20
0,0
0,0	1,0E+03	2,0E+03	3,0E+03	4,0E+03	5,0E+03	6,0E+03	x, K

Фотоэффект

Фотоэлектрическим эффектом или внешним фотоэффектом называется явление испускания электронов веществом под действием падающего света. (Явление испускания элек-

тронов веществом под действием падающего света называется фотоэмиссией). Впервые фотоэффект был открыт в 1887 г. Г.Герцем, который обнаружил, что искровой разряд между двумя металлическими шариками происходит значительно интенсивнее, если один из шариков освещать ультрафиолетовым излучением. Измерение удельного заряда частиц, вылетающих из металла под действием излучения, позволило установить, что эти частицы являются электронами (Ф.Ленард и Дж.Дж.Томсон, 1899г.).

Детальное экспериментальное исследование закономерностей внешнего фотоэффекта для металлов было выполнено в 1888 г. Александром Григорьевичем Столетовым на установке с фотоэлементом. В установке для исследования фотоэффекта свет сквозь кварцевое стекло ос-

Вакуум

К А

ПГ

UЗ	0	U
UЗ	0	U

вещает катод, который вместе с анодом находится в вакуумированной колбе. Напряжение V между катодом и анодом можно регулировать (положительным считается напряжение, при ко-

Семестр 4. Лекции 1 - 2

тором потенциал катода меньше потенциала анода). Наличие тока в цепи регистрируется гальванометром Г. Вольт-амперная характеристика фотоэффекта свидетельствует:

1)при освещении катода ток в цепи есть даже при нулевом напряжении между катодом и анодом. Это означает, что часть электронов, вылетевших с катода, попадает на анод;

2)наличие фототока говорит о том, что все электроны, вылетевшие с катода, попадают на анод;

3)при некотором обратном (задерживающем) напряжении фототок в цепи прекращается. Величина этого напряжения зависит от частоты падающего света, но не зависит от освещённости; Этот факт противоречит классическому описанию – при увеличении освещённости катода напряжённость электрического поля увеличивается – поэтому скорость вылетающих электронов должна возрастать, т.е. величина задерживающего напряжения должна зависеть от освещённости.

Экспериментально были установлены следующие основные законы фотоэффекта.

1.Для монохроматического света определённой длины волны фототок насыщения пропорционален световому потоку, падающему на катод.

2.Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от величины светового потока, а определяется лишь частотой излучения.

3. Для каждого вещества катода существует своя граничная частота к , такая, что излучение с частотой < к фотоэффекта не вызывает. Эту граничную частоту называют

частотой красной границы фотоэффекта. По шкале длин волн ей соответствует дли-

на волны красной границы к , такая, что эмиссию электронов из данного металла вызывает излучение лишь с меньшей длиной волны ( < к ).

Попытки объяснить закономерности фотоэффекта, используя классическую волновую теорию, в которой излучение рассматривалось как электромагнитные волны, приводили к выводам, противоположным наблюдаемым в эксперименте.

Формула Эйнштейна для фотоэффекта.

Для объяснения экспериментов по фотоэффекту А.Эйнштейн в 1905 г. построил теорию фотоэффекта (за эту работу он получил Нобелевскую премию по физике). Он предложил концепцию фотонов как частиц излучения, несущих квант энергии. Рассмотрев процесс взаимодействия излучения с металлом как процесс неупругого соударения фотона со свободным электроном металла, Эйнштейн легко объяснил закономерности фотоэффекта. Действительно, в таком процессе закон сохранения энергии имеет вид:

	AВ EКИН _ МАХ или	h AВ EКИН _ МАХ ,
где или	h - энергия поглощённого кванта, которая расходуется на совершение электро-

ном работы по выходу из металла (величина АВ называется работой выхода из металла) и на сообщение электрону кинетической энергии движения. Это уравнение называют уравнением

		m 2
Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Здесь Е		0 m	- максимальная кинетиче-
Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Здесь Е	КИН МАХ	2	- максимальная кинетиче-
	КИН МАХ

ская энергия нерелятивистских фотоэлектронов.

Данная теория позволила объяснить экспериментальные результаты для фототока. Если между катодом и анодом приложить обратное напряжение (при котором потенциал катода выше потенциала анода), то на электроны, вылетающие из катода, будет действовать сила, направленная против их движения. Следовательно, электроны будут тормозиться. Электрический ток прекратится в тот момент, когда максимальная кинетическая энергия электронов будет израсходована на работу против сил электрического поля:

0 EКИН _ МАХ AКУЛ q K A eUЗ ,

(здесь учтено, что заряд электрона отрицательный: q = e.) Тогда, с учётом формулы Эйнштей-

на для фотоэффекта: EКИН _ МАХ	AВ , находим выражение для задерживающего напряже-
ния:

10 Семестр 4. Лекции 1 - 2

U		AВ	или	U			h AВ	.
	З				З

		e					e

Таким образом, задерживающее напряжение зависит от частоты падающего излучения.
Если выполняется равенство: AВ				или		h AВ , то фототок прекращается даже при

отсутствии напряжении между катодом и анодом. Отсюда для частоты и длины волны крас-

ной границы фотоэффекта получаются простые формулы:

AВ

или

КР

AВ

из которых следует, что эти характеристики полностью определяются значением работы выхода электрона из металла. (Название красная граница возникло потому, что для некоторых металлов эта частота соответствует красному цвету.)

Пример.

Элемент	АВ, эВ	АВ, Дж	КР , Гц	КР, м
K	2,15	3,44 10-19	5,19 1014	5,77849 10-7
Na	2,27	3,63 10-19	5,48 1014	5,47302 10-7
Cu	4,47	7,15 10-19	1,08 1015	2,77936 10-7

Число вылетающих электронов пропорционально числу падающих на металл фотонов, несущих квант энергии, поэтому при увеличении освещённости, когда число квантов излучения увеличивается, количество электронов тоже увеличивается, следовательно, фоток увеличивает-

ся.

Фотоны.

На основе результатов теории фотоэффекта А. Эйнштейн предложил гипотезу, что излучение не только излучается и поглощается квантами, но распространяется в пространстве тоже квантами. Квант электромагнитного излучения соответствует порции (части) электромагнитной энергии, которую позднее химик Гилберт Льюис предложил назвать фотоном (1926 г.).

С учётом этого названия формулу Эйнштейна для фотоэффекта:

AВ EКИН _ МАХ или

h AВ EКИН _ МАХ

можно трактовать так: энергия фотона расходуется на совершение электроном работы вы-

хода из металла и на сообщение электрону кинетической энергии.

Замечание. В многофотонных процессах для выхода электрона требуется несколько фотонов. В этом случае уравнение Эйнштейна примет вид:

N AВ EКИН _ МАХ или Nh AВ EКИН _ МАХ , где N – число фотонов. Замечание. В отличие от внешнего фотоэффекта внутренний фотоэффект – это переход электрона в новое состояние с более высоким уровнем энергии.

	Вальтер Боте в 1925 году провёл опыт, подтверждающий существование квантов излуче-
			ния (фотонов). Схема опыта такова: тонкая металлическая фольга облуча-
			лась слабым рентгеновским излучением. По обе стороны от фольги стояли
			газоразрядные счётчики для регистрации излучения от фольги. По класси-
			ческой теории излучение фольги должно представлять собой сферические
			волны, распространяющиеся во все стороны. Следовательно, оба счётчика

			должны одновременно зарегистрировать эту волну. Если же под действи-

			ем рентгеновского излучения фольга испускает кванты, движущиеся в
			разных направлениях, то счётчики срабатывали бы не одновременно. Ока-
Сч		Сч
		Сч	залось, что моменты регистрации волн у обоих счётчиков не совпадали.

	Ф	Т.е. излучение состоит из квантов (фотонов).
	Ф	Энергия фотона зависит от частоты. Т.к. при переходе к другой

движущейся системе отсчёта частота, вообще говоря, меняется, то и энергия фотона должна меняться.

Из результатов, полученных в СТО, следует, что при переходе из одной системы отсчёта К в другую систему К (которая движется в направлении сигнала – оси Х), частота сигнала ме-

1 / 21 2 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
10.02.2015650.75 Кб26Физика теория 2 семестр.pdf
#
16.04.201969.72 Кб3физика шпоры (Автосохраненный).docx
#
25.04.2019362.63 Кб12физика шпоры (Автосохраненный).docx
#
24.12.201812.47 Mб72Физика-Дополненная.doc
#
12.08.2019493.48 Кб7Физика. ответы на экзамен.docx
#
12.03.2015545.31 Кб51Физика_Л_1-2.pdf
#
23.03.2016591.54 Кб15Физика_Л_11.pdf
#
23.03.2016450.37 Кб16Физика_Л_12.pdf
#
23.03.2016462.17 Кб17Физика_Л_15.pdf
#
12.03.2015559.35 Кб38Физика_Л_3-4.pdf
#
12.03.2015537.92 Кб32Физика_Л_5-6.pdf

		2				3						3
exp				2	exp			3		exp				...
exp		kT		2	exp			3		exp		kT		...
		kT				kT						kT
	3
exp			...		exp			1	exp				...
exp			...		exp			1	exp				...
	kT						kT				kT

		2				3						3
exp				2	exp			3		exp				...
exp		kT		2	exp			3		exp		kT		...
		kT				kT						kT
	3
exp			...		exp			1	exp				...
exp			...		exp			1	exp				...
	kT						kT				kT

		2				3						3
exp				2	exp			3		exp				...
exp		kT		2	exp			3		exp		kT		...
		kT				kT						kT
	3
exp			...		exp			1	exp				...
exp			...		exp			1	exp				...
	kT						kT				kT