Квантовая физика Квантовая гипотеза Планка:
Излучение и поглощение света происходит не непрерывно, а порциями.
Минимальная порция энергии называется квантом.
Энергия одного кванта прямо пропорциональна частоте ν излучения
ε = hν
h = 6,626 *10-34 Дж * с = 4.136x10-15 эВ * с-постоянная Планка
Энергия излучения любого тела всегда равна целому числу квантов Е = Nε
1 эВ - электронвольт, единица измерения энергии
1эВ = 1,6*10-19 Кл*В
1эВ = 1,6*10-19 Дж
А. Эйнштейн: свет имеет прерывистую структуру. Электромагнитная волна состоит из отдельных частиц – фотонов. Энергия ε одного фотона равна кванту энергии hν.
Свойства фотонов:
энергия E = hν; E = hc/λ; E = mc2
скорость с=3*108 м/с
импульс p=mc; p=E/c; p = hν/c; p=h/λ
масса покоя m0=0. Фотон – безмассовая частица.
масса фотона m не равна нулю. Значение m определяется из энергии или импульса
Фотоэффект
Фотоэффектом называется явление выбивания электронов из вещества под действием электромагнитного излучения .
Фотоэффект обнаружил Г. Герц в 1887
экспериментально исследовал А.Г. Столетов в 1899
объяснил А. Эйнштейн в 1905
Схема установки для исследования фотоэффекта:
о- окно, прозрачное для
видимого света и ультра-
фиолетового излучения
К –катод
А – анод
мА- миллиамперметр
В- вольтметр
R – реостат
-
- источник питания
Вольт- амперной характеристикой фотоэффекта называется график зависимости силы фототока от напряжения между электродами
Вольт- амперная характеристика
фотоэффекта
При положительном напряжении освещен катод
При отрицательном напряжении освещен анод
Запирающим напряжением Uз называется напряжение, при котором фотоэффект прекращается.
Запирающее напряжение Uз связано с максимальной кинетической энергией фотоэлектронов Ek(max) соотношением Ek(max) = Uзe
Законы Столетова для фотоэффекта
1 Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением
частоты света и не зависит от его интенсивности
2 Сила фототока насыщения пропорциональна интенсивности света
3 . Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть наименьшая частота νmin, при которой возможен фотоэффект
Объяснение фотоэффекта проведено на основе квантовой гипотезы Планка
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
hν = А + Ек(max)
Энергия падающего фотона расходуется на преодоление работы выхода и сообщение электронам кинетической энергии
Работа выхода электронов из металла равна минимальной энергии, которой должен обладать электрон для освобождения с поверхности вещества.
Фотоэффект невозможен, если энергии падающего фотона недостаточно для преодоления работы выхода, hν < А
Частота и длина волны красной границы фотоэффекта:
ν =А/h
λ=hc/A
Лекция 11
Атомная физика
Доказательства сложной структуры атома
Открытие электрона
Открытие периодического закона Менделеева
Закономерности линейчатых спектров
Радиоактивность
Спектральные закономерности
Интерференция, дифракция и дисперсия света сопровождаются спектральным разложением немонохроматической волны.
Сплошной спектр (непрерывный) содержит все длины волн. В спектре нет разрывов, и на экране можно видеть сплошную разноцветную полосу с плавным переходом от одного участка спектра к другому.
Сплошные спектры дают нагретые тела в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы.
Линейчатый спектр излучения состоит из набора цветных линий различной яркости, разделенных широкими темными полосами. Каждой линии соответствует определенная частота ЭМВ.
Линейчатые спектры излучают все вещества в газообразном атомарном состоянии
Линейчатые спектры химических элементов специфичны, то есть каждому элементу соответствует свой набор спектральных линий.
При пропускании белого света через пары вещества наблюдаются темные линии на фоне сплошного спектра излучения источника. Эти линии образуют спектр поглощения данного вещества
Линии спектра поглощения располагаются точно в тех местах, где наблюдались бы линии спектра излучения данного вещества.
Вывод
Газ поглощает наиболее интенсивно свет именно тех частот, которые он сам
испускает в нагретом состоянии