Билеты Соболевский / 59. Фотоны, опыт Боте

59. Фотоны, опыт Боте.

I). Опыт Боте

Дал наиболее непосредственное подтверждение гипотезы Эйнштейна в 1924г.

Вследствие малой интенсивности первичного пучка количество квантов, испускаемых фольгой, было невелико. При попадании в него рентгеновских лучей счетчик срабатывает и приводит в действие механизм М, делающий отметку на движущейся ленте Л. Если бы энергия распространялась равномерно во все стороны, то оба счетчика срабатывали бы одновременно и отметки на ленте бы были одна против другой. Однако наблюдалось беспорядочное расположение отметок, из-за того, что в отдельных актах испускания возникают световые частицы, летящие то в одном, то в другом направлении.

Тонкая металлическая фольга Ф помещалась между двумя газоразрядными счетчиками Сч. Она освещалась слабым пучком рентгеновских лучей, под действием которых она сама становилась источником рентгеновского излучения – явление рентгеновской флуоресценции.

Из формулы Эйнштейна вытекает, что, если работа выхода превышает энергию кванта, электроны не могут покинуть металл, поэтому для возникновения фотоэффекта необходимо условие: , или

N – Формула Эйнштейна для многофотонного фотоэффекта

II). Фотоны

Фотон – частица, которая является носителем кванта энергии.

Свет представляет собой сложное явление, сочетающее в себе свойства э/м волны и свойства потока частиц – корпускулярно-волновой дуализм.

– энергия фотона (определяется частотой)

K=W/c – импульс э/м волны, несущей энергию W,

Поэтому: ; где k – волновое число.,

Из общих принципов теории относительности и вытекает:

1). Масса фотона равна 0

2). Фотон всегда движется со скоростью c

,

На поглощающую поверхность падает поток фотонов, летящих по нормали к поверхности. Плотность фотонов n, на единицу поверхности падает в единицу времени nc фотонов. При поглощении каждый сообщает стенке импульс p=E/c. Получим давление света P на стенку (импульс, сообщаемый в единицу времени единице поверхности):

, w – плотность э/м энергии

Отражаясь от стенки, фотон передает ей импульс 2p, поэтому для отражающей поверхности давление 2w.

Соотношение волновой и корпускулярной картин:

Рассмотрим с обеих точек зрения освещенность какой-либо поверхности. Согласно волновым представлениям освещенность в некоторой точке пропорциональна квадрату амплитуды световой волны. С корпускулярной точки зрения освещенность пропорциональна плотности потока фотонов. Следовательно, между квадратом амплитуды и плотностью потока фотонов имеется прямая пропорциональность.

Вероятность того, что фотон будет обнаружен в пределах dV, заключающего в себе рассматриваемую точку пространства: , где – коэффициент пропорциональности, A – амплитуда световой волны.