Фотоэффект.

Фотон обладает массой m_ф=Ћω/c²и импульсомp=m_фc=Ћω/c=k·Ћ.

Квантование энергии означает, что излучение представляет собой поток фотонов, однако они не являются частицами, фотонов равна нулю. В отличии от классических частиц эти выражения связываются между собой корпускулярные характеристики с волновыми (частотой и длиной волны):

ε=Ћω=2πЋc/λ, так как ω=2πc/Tc=2πc/λ.

Свет распространяется и поглощается веществом отдельными порциями. Каждый квант поглощается одним электроном.

Явление фотоэффекта: кванты электромагнитного излучения воздействуют на электроны твёрдых и жидких тел.

С помощью потенциометра можно менять также и знаки полюсов катода и анода. Если кванты вырывают свободные электроны из катода, то имеет место внешний фотоэффект.

Ћω=A+T(T=mv²/2)

Фотоэффект может произойти, когда ε_к≤A.

Если освещать катод лучами с разными частотами, постоянно переходя от более длинных к более коротким волнам, то фотоэффект начнёт наблюдаться при. Она называется красной границей фотоэффекта. Энергия кванта в этом случае равна работе выхода.

Ћω==Ћω_кр+Т

Ћ(ω-ω_кр)=mv²/2

Ћ=mv²/2(ω-ω_кр)=tgα

Скорость электрона зависит от частоты излучения, вызывающего фотоэффект, но не зависит от интенсивности.

Выход электрона из катода очень мал: 0,001 падающих квантов. Остальные поглощаются, не вырывая электронов.

Внутри баллона нет тока, потому что нет носителей, при облучении катода в цепи появляется ток и при увеличении Uток растёт, потому что всё большее число электронов достигает анода и, начиная с некоторого напряжения ток, не изменяется, потому что все электроны, вышедшие за единицу времени, достигают анода. ПриU=0I<>0 и это объясняется тем, что электроны вылетают с некоторой скоростью. Чтобы убрать анодный ток, нужно приложить задерживающее напряжение.

При U=U_задни один из электронов, который обладает максимальной скоростью, не может преодолеть задерживающее напряжение:

mv2/2=eU_зад,e<0, U<0.

Для того чтобы убрать ток- переполюсовка.

Некоторые сведения из специальной теории относительности Эйнштейна.

Фотоны распространяются со скоростью света.

Полная энергия частицы может быть представлена как:

E=m₀c²/(1-v²/c²);m=m₀/(1-v²/c²);

m₀-масса покоя в той системе, где частица покоится.

В полную энергию не входит потенциальная энергия частицы во внешнем силовом поле

E= m₀c²+T

Для покоящихся тел

Найдём кинетическую энергию релятивисткой частицы, т. е. частицы, масса которой зависит от скорости. приращение Т равно А:

dT=dA=·d;=d/d, d=dt;

dT= d/ddt= d

dT=d(m₀v/(1-v²/c²))/dt*(dt)=d(m₀v/(1-v²/c²))= d(m₀v²/(1-v²/c²))=c²dm;

dv=vdv;T=(m-m₀)c²

Это справедливо и для полной энергии, т. е. любое изменение массы сопровождается изменением полной энергии.

∆E=∆mc² ; E=m₀c²/(1-v²/c²); E= m₀c²+T

Релятивистское соотношение между pиE:

p²c²=T(T+2m₀c²)

Эффект Комптона.

При освещении рентгеновскими лучами тонких пластин из металла,угля, парафина, наблюдается рассеивание лучей.

ε=2πЋс/λ;p= Ћω/c

ε=2πЋc/λ;p’= Ћω’/c

=m

Θ-угол рассеивания

Рассеянные лучи имеют меньшую частоту, которая зависит от угла.

Рассмотрим упругое столкновение.

ε=Ћω=2πЋc/λ; p= Ћω/c: ω=2π/T=2π=2πc/λ

E₀=m₀c²

Фотон изменяет направление своего движения

ε=Ћω=2πЋc/λ; p’= Ћω’/c; p=mv; E=mc²

Электрон испытывает отдачу

ε_ф+E₀=ε_р.ф.+Е (1)

p=p_э+p_ф (2)

Тогда Ћω+m₀c²= Ћω’+mc²(3)

m²v²=(Ћω/c)²+(Ћω’/c)²-2Ћωω’/c² (4)

Возведём (3) в квадрат и вычтем из (4)

m₀c²(ω-ω’)=Ћωω’(1-cosΘ)

ω=2πc/λ; ω’=2πc/λ’; ∆λ=λ’-λ

m₀c²(2πc/λ-2πc/λ’)=m₀c²·2πc((λ’-λ)/ λ’λ)

После приведения к общему знаменателю:

∆λ=2πЋ/m₀c(1-cosΘ)=λ_к·Sin2(Θ/2)

λ_к=2πЋ/m₀c=2,4·10^-12 м

Под периодическим действием световых волн электрон излучает волны той же частоты.

Фотоэффект и эффект Комптона обусловили взаимодействие электрона с фотонами. Излучении абсолютно чёрного тела, фотоэффект и эффект Комптона служат доказательством квантового представления света.

Интерференция, дифракция и поляризация подтверждают волновую природу света.

1923 г. Луи Де Бройль сказал, что не только свет проявляет корпускулярные и волновые свойства. Почему частица не может быть волной? Ввёл понятие волны Де Бройля. Он сказал: “Частица- это частица и волна при определённых условиях”. По его предположению частицы могут описываться длиной волны, и эта длина волны связана с корпускулярной характеристикой –импульсом. Соотношение, связывающее между собой корпускулярные свойства частиц: Eиp, и волновые:ω и λ:

ε=Ћω; ω=2πc/λ

=Ћ (k=ω/c), тогда он может предположить , что длина волны может быть описана характеристикой:

λ_Б=2πЋ/p=2πЋ/mv-длина волны де Бройля

Дэвисон и Жермен подтвердили идею Де Бройля экспериментально. Они наблюдали дифракцию на кристаллах.

Так был установлен корпускулярно-волновой дуализм: т.е. между микрочастицами и фотонами не существует различия и в зависимости от условий частицы могут проявлять или корпускулярные или волновые свойства. Волны Де Бройля не имеют аналогов в классической физике и тогда можно спросить: что такое электрон- волна или частица?- это и то и другое.

Волны де Бройля имеют универсальную характеристику. Применительно к макротелам они не обнаружены, т.к. если есть m=1 гр,v=1м/с, тоλ=10^-31м , что нельзя увидеть.