Вопрос 45: Гипотеза Планка о квантах; фотоэффект; опыты а. Г. Столетова; уравнение Эйнштейна для фотоэффекта; фотон.
Гипотеза
Планка — гипотеза,
выдвинутая 14
декабря 1900
года Максом
Планком и заключающаяся в том, что
при тепловом
излучении энергия испускается
и поглощается не непрерывно, а
отдельными квантами (порциями).
Каждая такая порция-квант имеет энергию 
,
пропорциональной частоте ν излучения:
где h или 
—
коэффициент пропорциональности,
названный впоследствии постоянной
Планка. На основе этой гипотезы он
предложил теоретический вывод соотношения
между температурой тела
и испускаемым этим телом излучением — формулу
Планка.
Позднее гипотеза Планка была подтверждена экспериментально.
Выдвижение этой гипотезы считается моментом рождения квантовой механики.
Фотоэффект — это испускание электронов веществом под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.
опыты А. Г. Столетова:
Основные работы в области электромагнетизма, оптики, молекулярной физики, философии.
Первым показал, что при увеличении намагничивающего поля магнитная восприимчивость железа сначала растёт, а затем, после достижения максимума, уменьшается (1872).
Снял кривую магнитной проницаемости ферромагнетика (кривая Столетова).
Автор двух методов магнитных измерений веществ (метод тороида с замкнутой магнитной цепью и баллистическое измерение намагниченности).
Провёл ряд экспериментов по измерению величины отношения электромагнитных и электростатических единиц, получил значение, близкое к скорости света (1876).
Провёл цикл работ по изучению внешнего фотоэффекта, открытого в 1887 году Г. Герцем (1888—1890).
Создал первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте. Рассмотрел инерционность фототока и оценил его запаздывание в 0,001 с.
Открыл прямо пропорциональную зависимость силы фототока от интенсивности падающего на фотокатод света (первый закон внешнего фотоэффекта, закон Столетова).
Открыл явление понижения чувствительности фотоэлемента со временем (явление фотоэлектрического утомления) (1889).
Основоположник количественных методов исследования фотоэффекта.
Автор метода фотоэлектрического контроля интенсивности света.
Исследовал несамостоятельный газовый разряд.
Обнаружил постоянство отношения напряжённости электрического поля к давлению газа при максимальном токе (константа Столетова).
Провёл цикл работ по исследованию критического состояния вещества (1892—1894).
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:
Фотоэффект был открыт в 1887 году немецким ученым Генрихом Герцем. При работе с открытым резонатором Герц заметил, что если направить ультрафиолетовый луч на цинковые разрядники, то искра проходит значительно быстрее и легче. Так было открыто само явление, но объяснить его смог Альберт Эйнштейн (кстати, за работу над изучением фотоэффекта Эйнштейн получил Нобелевскую премию).
В работе Эйнштейна содержалась важная новая гипотеза. Ученый выдвинул гипотезу о том, что свет существует только в виде квантованных порций. Из представления о свете как о фотонах следует формула Эйнштейна для фотоэффекта:
h ν = Aion + Aout + mv2/2,
Aion - работа по ионизации атомов вещества,
Aout - работа необходимая для выхода электрона из вещества,
m - кинетическая энергия вылетающего электрона,
ν - частота падающего фотона с энергией
h - постоянная Планка.
Фотон — элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле — света). Это без массова частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения (спиральностью) ±1. Этому свойству в классическо электродинамике соответствует поперечность электромагнитной волны.
Билет 17
16.Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытное обоснование. Модель идеального газа. Абсолютная температура. Температура как мера средней кинетической энергии теплового движения частиц.
Молекулярно-кинетическая теория — это раздел физики, изучающий свойства различных состояний вещества, основывающийся на представлениях о существовании молекул и атомов как мельчайших частиц вещества. В основе МКТ лежат три основных положения:
1. Все вещества состоят из мельчайших частиц: молекул, атомов или ионов.
2. Эти частицы находятся в непрерывном хаотическом движении, скорость которого определяет температуру вещества.
3. Между частицами существуют силы притяжения и отталкивания, характер которых зависит от расстояния между ними.
Основные положения МКТ подтверждаются многими опытными фактами. Существование молекул, атомов и ионов доказано экспериментально, молекулы достаточно изучены и даже сфотографированы с помощью электронных микроскопов. Способность газов неограниченно расширяться и занимать весь предоставленный им объем объясняется непрерывным хаотическим движением молекул. Упругость газов, твердых и жидких тел, способность жидкостей смачивать некоторые твердые тела, процессы окрашивания, склеивания, сохранения формы твердыми телами и многое другое говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами. Явление диффузии — способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекулами другого — тоже подтверждает основные положения МКТ. Подтверждением непрерывного хаотичного движения молекул является также и броуновское движение — непрерывное хаотичное движение микроскопических частиц, нерастворимых в жидкости.
Для объяснения свойств вещества в газообразном состоянии используется модель идеального газа. В этой модели газ рассматривается в виде совокупности молекул — шариков очень малых размеров и почти не взаимодействующих между собой, т.е. при рассмотрении законов идеального газа пренебрегают собственным объемом молекул (по сравнению с объемом сосуда, в котором он находится) и силами их взаимного притяжения; при соударениях молекул друг с другом и со стенками сосуда действуют силы упругого отталкивания. Идеального газа в природе не существует — это упрощенная модель реального газа.
Реальный газ становится близким по свойствам к идеальному, когда он достаточно нагрет и разрежен. Некоторые газы, например, воздух, кислород, азот, даже при обычных условиях мало отличаются от идеального газа. Особенно близки по своим свойствам к идеальному газу гелий и водород.
Абсолютная температура
В астрономии температуру тел T принято измерять в К – кельвинах. Шкала Кельвина: Температура замерзания воды- 273 и температура кипения воды- 373К. Температуру, отсчитываемую по абсолютной шкале, называют абсолютной. Температуру, равную 0 К, называют абсолютным нулем.
Абсолютная температура связана со средней кинетической энергией: E = 3/2 kT. Коэффициент k = 1,38∙10–23 Дж/К называют постоянной Больцмана.
Изредка в астрономии, при сравнении температур планет и спутников планет, температуру t измеряют в градусах Цельсия (°С):