19. Эффект Комптона, его квантовый механизм.

Наблюдается при упругом столкновении фотона с электроном (рассеяние фотона), при этом длина волны Излучения после рас­сеяния увеличивается на где λ - длина волны падающего излучения; λ' - длина волны рассеянного излучения; Λ_к = 2,426 *10^-12 м = 0,0242 Å (ангстрем, 1 Å =10^-10м) - постоянная, назы­вается комптоновской длиной волны электрона; θ - угол рас­сеяния, т.е. угол между направлениями падающего и рассеянного излучений.

Для видимого света этот эффект не заметен, хорошо заметен для рентгеновского и гамма излучений.

При упругом столкновении выполняются законы сохранения импульса и энергии. Фотон передает часть своей энергии и им­пульса электрону и изменяет направление движения - рассеи­вается. Уменьшение энергии фотона означает уменьшение его частоты и увеличение длины волны. Покоившийся до столкно­вения электрон, получивший от фотона энергию и импульс, при­ходит в движение - испытывает отдачу. Кинетическая энергия электрона отдачи - К, как следует из закона сохранения энер­гии, равна разности энергий падающего и рассеянного фотонов:

Фотон упруго сталкивается с электроном, выполняются законы сохранения энергии и импульса (фотон – корпускула, его характеристики: энергия, масса, импульс):

Уравнение взаимосвязи массы и энергии (теория относительности):

-масса фотона; -импульс фотона.

- комптоновская длина волны электрона: Λ_к=0,0242 Å.

Теория блестяще совпала с опытом.

20. Корпускулярно-волновой дуализм излучения. Фотоны. Взаимосвязь волновых и корпускулярных характеристик фотонов. Связь между корпускулярной и волновой картинами.

Классическая и квантовая физика:

Классическая физика: макроскопические тела и явления;

Квантовая физика: изучение микромира.

Макромир: модели 1) частица (корпускула), совокупность частиц; 2) поле (волна).

Частицы и поле – разные объекты классической физики. Для описания конкретного макроскопического явления всегда используется одна модель. Опыт показывает. Что объекты микромира иногда ведут себя как частицы, а иногда как волны.

Микромир:

Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества:

Корпускулярно-волновой дуализм – это универсальный закон природы, которому подчиняются все физические тела, т.е. те объекты, которые классическая физика считала волнами, проявляют корпускулярные свойства тем отчетливее, чем меньше длина волны.

Луи де Бройль, выдвинул гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Де Бройль ут­верждал, что не только фотоны, но и элек­троны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают так­же волновыми свойствами.

Итак, согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связываются, с одной сто­роны, корпускулярные характеристики — энергия Е и импульс р, а с другой — волновые характеристики — частота v и длина волны λ. Количественные соотно­шения, связывающие корпускулярные и волновые свойства частиц, такие же, как для фотонов: E=hv, p=h/.

Смелость гипотезы де Бройля заключа­лась именно в том, что соотношение вышенаписанных формул постулировалось не только для фотонов, но и для других микрочастиц, в частности для таких, которые обладают массой покоя. Таким образом, любой частице, обладающей импульсом, сопо­ставляют волновой процесс с длиной вол­ны, определяемой по формуле де Бройля: =h/p.

Счи­тается, что макроскопические тела про­являют только одну сторону своих свойств — корпускулярную — и не прояв­ляют волновую.

Всем микро­объектам присущи и корпускулярные, и волновые свойства; в то же время любую из микрочастиц нельзя считать ни части­цей, ни волной в классическом понимании.

Фотоны. Связь корпускулярной и волновой картин:

Корпускулярные свойства излучения отчетливо заметны на коротких волнах (рентгеновские лучи, гамма лучи). А волновые свойства легче наблюдать на длинных волнах (видимый свет).

Волна: Е ~ А²

Частицы (поток частиц): Е ~ N(число фотонов).

Там, где амплитуда волнового поля велика, велика и концентрация фотонов. Между волнами и частицами вероятностная (статистическая) связь.

Волна определяет вероятность нахождения частицы в данной области.