- •§ 2. Эффект Комптона. 46
- •Раздел 1. Основные положения оптики. § 1. Введение.
- •Почему мы видим именно в диапазоне 380 - 760 нм.? § 2. Электромагнитные волны.
- •§ 3. Поперечность электромагнитных волн.
- •§ 4. Решение волнового уравнения.
- •Комплексные функции.
- •Решения действительные и комплексные.
- •§ 5. Излучение диполя.
- •§ 6. Характеристики электромагнитных волн.
- •§ 7. Энергетические характеристики.
- •§ 8. Фотометрия и фотометрические величины
- •§ 9. Геометрическая оптика.
- •Преломление и отражение света.
- •Раздел 2. Интерференция света. § 1. Сложение волн.
- •Как сложить две комплексные величины?
- •Рассмотрим два случая:
- •§ 2. Опыт Юнга.
- •§ 3. Когерентность.
- •§ 4. Интерферометры.
- •§ 5. Интерференция в тонких пленках
- •§ 6. Многолучевая интерференция
- •§ 7. Применение интерференции
- •Голография. § 8. Основные методы получения и наблюдения интерференции.
- •Когерентность.
- •§ 2. Дифракция Френеля.
- •§ 3. Критерий Релея. Разрешающая способность оптических приборов.
- •Критерий Релея:
- •§ 4. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа - Бреггов.
- •§ 5. Голография.
- •Раздел 4. Распространение света в веществе. § 1. Классическая электронная теория движения оптических электронов.
- •§ 2. Дисперсия света.
- •§ 3. Поглощение света.
- •§ 4. Поляризация света.
- •§ 5. Поляризация света при отражении. Угол Брюстера.
- •§ 6. Двойное лучепреломление.
- •§ 7. Вращение плоскости поляризации.
- •§ 8. Рассеяние света в оптически неоднородных средах.
- •Раздел 5. Генерация света. § 1. Тепловое излучение.
- •§ 2. Характеристики теплового излучения.
- •§ 3. Закон Стефана-Больцмана и закон Вина. Формула Релея-Джинса.
- •§ 4. Формула Планка.
- •Раздел 6. Фотоны. § 1. Тормозное рентгеновское излучение.
- •§ 2. Фотоэффект.
- •§ 3. Опыт Боте.
- •§ 4. Эффект Комптона.
- •Раздел 7. Элементы квантовой оптики. § 1. Внешний фотоэффект.
- •§ 2. Эффект Комптона.
- •§ 3. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа.
- •§ 4. Спектральная излучательная способность абсолютно черного тела.
- •§ 5. Законы теплового излучения.
- •§ 6. Оптическая пирометрия.
- •Яркостная температура.
§ 4. Формула Планка.
С классической точки зрения, вывод формулы Релея-Джинса является безупречным, поэтому расхождение этой формулы с экспериментальными данными указывает на существование каких-то закономерностей, которые не соответствовали представлениям классической физики. В 1900г. Планк предложил новую модель теплового излучения. Он предположил:
1) Излучение испускается квантами энергии,т.е порциями, а энергия этой порции пропорциональна частоте.
2) Излучение производится линейным асциллятором. Он рассчитывает плотность излучения:
Эти три формулы называются формулой Планка.
Они согласованы с экспериментальными данными во всем диапазоне. Из этих формул можно получить частные случаи: законы Стефана-Больцмана, Вина, Джинса.
Выведем закон Стефана-Больцмана:
Выведем закон Вина:
Сдвигаемый максимум излучения:
Уравнение Релея-Джинса:
Раздел 6. Фотоны. § 1. Тормозное рентгеновское излучение.
Ц- цилиндрический электрод; К- катод; А- анод.
Т.к. к аноду и катоду приложена разность потенциалов U, то электроны разгоняются до энергии eU. Мощность излучения пропорциональна (e-заряд; a-ускорение).
Энергия за время торможения:
- полное время торможения; a-const.
- начальная скорость электронов в момент соударения.
Полученный результат показывает, что заметное излучение может наблюдаться только при больших начальных скоростях и резком торможении.
Согласно классической электродинамике:
1) при торможении электронов должно возникать электро-магнитное излучение всех длин волн от нуля до бесконечности;
2) длина излучения, на которую приходится максимум, должна уменьшаться с увеличением скорости электронов.
Эксперимент в общем случае подтверждает теорию, хотя есть отличие- кривые распределения мощности не идут к началу координат, а обрываются при конечном значении длины волны .
§ 2. Фотоэффект.
Фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называется испускание электронов под действием падающей электро-магнитной волны (1887г.).
В 1888-1889 гг. Столетов исследовал фотоэффект с помощью собранной им установки:
Через сетку падает свет на пластинку, выбивая частицы, в результате чего в цепи течет, регистрируемый гальванометром.
1) Наибольшее действие оказывает ультрафиолетовое излучение;
2) Сила тока возрастает с увеличением освещенности пластинки;
3) Испускаемые под действием света заряды имеют отрицательный знак.
В 1898 г. Ленард и Томпсон измерили удельный заряд частиц и определили, что это электроны. Усовершенствовав прибор прибор Столетова, была получена вольт-амперная характеристика тока в цепи.
Катод из исследуемого вещества помещают в стеклянную колбу. Свет, проходя через кварцевое стекло, попадает на катод, в результате чего возникает напряжение.
Вольт-амперная характеристика снимается при постоянном световом потоке. При небольшом напряжении фототок достигает максимального значения, т.е все электроны, испущенные катодом, достигают анода. Следовательно, сила тока насыщения определяется количеством электронов, испускаемых катодом в единицу времени под действием света. Пологий вид кривой говорит о том, что электроны вылетают из катода с различными скоростями. Существование тока при нулевом напряжении говорит о существовании электронов, которые при вылете из катода обладают достаточной скоростью для достижения анода. Для обращения тока в ноль прилагают какое-то задерживающее напряжение. При таком напряжении ни один электрон не достигает анода.
К 1905 г. определили, что максимальная скорость электронов не зависит от интенсивности, а зависит от частоты, причем увеличение частоты приводит к повышению скорости. В 1905 г. А. Эйнштейн предположил, что все закономерности фотоэффекта можно объяснить с помощью квантовой теории, если предположить, что свет испускается не только -квантами, но и поглощается - квантами. Исходя из данного положения, энергия -кванта пойдет на работу выхода А (чтобы покинуть границы твердого тела).
В 1916 г. Милликен усовершенствовал прибор (поверхность катода обрабатывалась в вакууме). Если работа выхода будет больше -кванта энергии, то электрон не сможет вылететь из катода.
Число высвобождаемых электронов пропорционально световому потоку, а ток насыщения пропорционален количеству электронов, вылетающих из катода.
Существуют многофотонные явления.