•vk.com/club152685050Важное отличие| vkот.com/id446425943волновой модели:
вданном случае интерференция происходит не между двумя фотонами, прошедшими через разные щели.
Интерферируют вероятности для одного фотона.
•Многочисленные эксперименты (начиная с опыта Г. Тэйлора, 1909) показали возможность получения интерференционных и дифракционных картин при низкой интенсивности излучения, когда в каждый момент в системе существует не более одного фотона.
•«Траектория» фотона остается принципиально неопределенной. Если пытаться установить,
через которое из отверстий он прошел – дифракционная картина исчезнет, т.к. один из возможных путей фотона к экрану окажется перекрытым.
16
•vk.com/club152685050Место прихода|каждогоvk.com/id446425943конкретного фотона на экран является случайным. Относительные вероятности регистрации фотона в разных точках экрана описываются функцией P(r).
•Но при большом потоке фотонов начинает работать закон больших чисел и оказывается, что интенсивность регистрируемого излучения I(r)~P(r).
•Таким образом, в пределе большого потока фотонов предсказания волновой модели оказываются справедливыми.
•В пределе малого потока фотонов существенной становится их дискретность.
•Таким образом, фотонная модель удовлетворяет требованиям «принципа соответствия».
17
•vk.com/club152685050Не существует |(покаvk.com/id446425943?) более простой, соответствующей требованиям «здравого смысла» модели электромагнитного излучения, которая одновременно была бы способна описать имеющиеся экспериментальные данные, чем фотонная модель квантовой электродинамики.
•При практическом использовании есть выбор между ней и более простыми и «естественными» моделями, справедливость которых ограничена.
•Определение границ применимости волновой и корпускулярной моделей – достижение квантовой электродинамики.
vkРаздел.com/club1526850505. Дискретность| vk.com/id446425943энергетических состояний атомов
5.1.Оптические спектры атомов и молекул
•В 1666 г. Ньютон с помощью призмы впервые получил спектр солнечного света.
•В 1802 г. У. Волластон воспроизводил опыт Ньютона по разложению в спектр солнечного света, взяв в качестве
источника не круглое отверстие, а узкую щель. Он обнаружил ряд темных линий (линий поглощения). В спектре пламени свечи наблюдал яркие линии излучения. Результаты стались незамеченными.
•В 1817 г. (или ранее) Й. Фраунгофер обнаружил в спектре пламени сальной свечи две близкие желтые линии (как теперь понятно, характерный дублет натрия). Опыт проводился с призменным спектрографом с узкой входной щелью и наблюдением увеличенного изображения спектра в зрительную трубу.
Joseph Fraunhofer (1787-1826) |
1 |
• Фраунгофер ожидал увидеть те же линии в спектре Солнца, но там они
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
оказались темными. Кроме дублета в желтой области, Фраунгофер обнаружил в спектре Солнца большое количество темных линий и подробно их описал .
•В 1821 г. Фраунгофер изобрел дифракционную решетку и разработал теорию ее действия.
•С помощью решеток удалось измерить с высокой точностью абсолютные значения длин волн для спектральных линий (погрешность порядка 0.1%).
•Фраунгофер изучил спектры Луны, Марса, Венеры и нескольких звезд. Спектры звезд отличались от солнечных, но также содержали темные линии. Начало астрофизики, спектральная классификация звезд.
•Работы Фраунгофера привлекли к себе внимание, стали изучаться спектры разнообразных источников. Накопление эмпирического материала.
Линейчатые, полосатые и сплошные спектры. 1856 г. – желтый дублет связали с
•vk.com/club152685050В 1859 г. Густав| Кирхгофvk.com/id446425943обнаружил явление «обращения» линий натрия. Пропускал солнечный свет через пламя свечи, куда была введена поваренная соль. При этом (темные !) линии натрия проявлялись с большей отчетливостью, чем в пламени в отсутствие соли. Кирхгоф трактовал темные линии как линии поглощения. Далее он пришел к выводу, что тела интенсивно испускают те же длины волн, что они интенсивно поглощают. Это и положило начало его работам по
теории равновесного излучения.
•Совместно с Р. Бунзеном Кирхгоф провел систематические исследования возможности использования оптических спектров для химического анализа.
•Требовалось доказать, что наличие в (линейчатом) спектре определенных линий свидетельствует о присутствии заданного химического элемента, а не специфического его соединения; а также, что положение (длины волн) спектральных линий не зависят от способа получения свечения (пламя, искра, дуговой разряд).
• Кирхгоф и Бунзен провели систематические исследования спектров пламени,
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
куда вводились соединения трех известных тогда щелочных (Li, Na, K) и трех щелочноземельных (Ca, Sr, Ba) металлов. Пламя – светильный газ (смесь водород/метан/угарный газ и др.), чистые водород и угарный газ.
•Были разработаны конструкции специального спектроскопа и газовой («бунзеновской») горелки с бесцветным пламенем. Испытываемое вещество вносилось в пламя на платиновой проволочке, и пламя окрашивалось. Схема опыта стала стандартной.
•Вывод: ни вид соединений, включающих в себя металлы, ни температура пламени и состав горючего газа не влияют на положение спектральных линий металлов.
•vk.com/club152685050Таким образом,| Кирхгофvk.com/id446425943и Бунзен создали метод «спектрального анализа», позволяющий определять химический состав веществ.
•С помощью своего метода Кирхгоф и Бунзен в 1860 г. открыли два новых щелочных металла: цезий и рубидий. В 1862 году был открыт таллий (Крукс), в 1863 – индий (Райх и Рихтер). Всего методом спектрального анализа были открыты 14 элементов.
•Спектры элементов стали систематически изучать. Для большинства из них число линий весьма велико:
•Наибольшее число линий – у тяжелых элементов.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
•Многие линии наблюдаются только при искровом (высокотемпературном) возбуждении. Они соответствуют положительным ионам разной кратности. Однако на положение линии (если уж она наблюдается) способ возбуждения не влияет.
•Спектры молекул – «полосатые». Пример: спектр паров йода I2 .
Спектр излучения азота N2 :
Полосы состоят из большого числа близкорасположенных линий.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
• Простейший линейчатый (атомарный) спектр – у водорода. В видимой области он содержит 4 линии, обозначаемые H , H , H , H :
• Длины их волн были измерены с высокой точностью (~ Å ) уже в 1860 гг.
•Далее спектр продолжается в ближней УФ области, где расстояние между линиями уменьшается, а их яркость падает. Можно определить граничную длину волны H . За ней спектр становится непрерывным (при малой яркости).
