Всего на сайте:
248 тыс. 773 статей

Главная | Физика

Вопрос №46. Гипотеза о фотонах. Эффект Комптона.  Просмотрен 962

  1. Вопрос 42. Нормальная и аномальная дисперсия света. Ход лучей в призме. Дисперсионный спектр.
  2. Вопрос 43. Рассеяние света .Закон Рэлея.
  3. Вопрос 45. Фотоэлектронная эмиссия. Законы внешнего фотоэффекта. Формула Эйнштейна.
  4. Вопрос №47. Модели атома Томсона и Резерфорда.
  5. Вопрос 48. Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца.
  6. Вопрос №49.Линейчатые спектры атома водорода и их объяснение в рамках представлений Н. Бора.
  7. Вопрос 50. Гипотеза де Бройля. Дифранция электронных пучков в тонких слоях кристаллов.
  8. Вопрос 51. Корпускулярно-волновой дуализм. Соотношение неопределённостей. Boлновая функция и ее физический смысл.
  9. Вопрос 52. Вероятности квантовых переходов. Молекулярные спектры. Люминесценция.
  10. Вопрос 53. Стимулированное излучение. Устройство лазеров. Свойства лазерного излучения.
  11. Вопрос54.Энергетические зоны в кристаллах. Проводники, диэлектрики и полупроводники. Энергия активации.
  12. Вопрос 55. Собственная проводимость в полупроводниках. Проводимость n-типа и р-типа

Гипотеза о фотонах.В теории Планка исходили из того, что атом обменивается энергией с ЭМП не непрерывно, а лишь порциями ¾ квантами, величины которых пропорциональны частоте света n. Для объяснения механизма фотоэффекта А.Эйнштейном предположено, что свет частотой не только испускается отдельными квантами, но и распространяетсяв пространстве, а также поглощаетсявеществом, в виде отдельных порций (квантов), энергия к-рых: В 1905 г. А.Эйнштейн на основании предположения Планка указал, что планковские кванты м-т существовать как реальные частицы. Кванты ЭМ излучения, движущиеся со скоростью с распространения света в вакууме, были названы фотонами.Т.о. А.Эйнштейну удалось объяснить фотоэффект и фотохимические эффекты.

Ø В явлениях такого рода энергия, передаваемая светом отдельной частице, пропорциональна не интенсивности, а частоте излучения. Излучаемое ЭМП, т.е., свет, м-но наглядно представить нек-рым подобием мелкого града или потоком быстро летящих мелких шариков. Гипотеза световых квантов была воспринята в то время ведущими физиками как ересь. Фотон был признан только после длительных дискуссий. Опыт Боте и открытие эффекта Комптона стали решающими аргументами в пользу признания.

Неудовлетворительность и временный характер гипотезы световых квантов осознавались самим же Эйнштейном. Парадоксальность введения понятия «фотон», заключается в том, что в природе никакого дуализма нет: в пространстве реально существуют только световые волны, несущие колебания ЭМП.

Неувязка в представлении фотона как физического объекта заключается в том, что он д-н иметь свойства, к-рыми принципиально не м-т обладать никакая реально существующая частица. Фотон есть бесконечная, плоская монохроматическая волна с круговой поляризацией (правой или левой). В то же время при рассмотрении поглощения и испускания фотона в квантовой механике предполагается мгновенность этого процесса. В соответствии с классическими представлениями бесконечная волна не м-т поглощаться или испускаться (иметь «конец» или «начало»), т. к. она вечна. Интегрирование, т.е. суммирование, по всему пространству даёт бесконечно большую энергию фотона. Атом, размеры к-рого на несколько порядков меньше длины световой волны, принципиально не м-т излучить плоскую нерасходящуюся волну. Поэтому говорить о фотоне как о реальном объекте природы неверно. Фотон следует признать математической абстракцией, идеальной и удобной в ряде ситуаций физической моделью ¾ такой же, как материальная точка или абсолютно твердое тело в механике.

× Фотон, однако, оказался той физич. моделью, применение к-рой чрезвычайно облегчило рассмотрение процессов обмена энергией, импульсом и моментом импульса между светом и веществом. Хотя причина универсального характера постоянной Планка в физике так и осталась непонятой, введение А.Эйнштейном представления о фотоне стало большим достижением физики. Используя понятие фотона, м-но рассчитывать многие сложные оптические процессы взаимодействия света и вещества, пользуясь простой механич. моделью сталкивающихся шариков и набором простых формул ¾ так, энергия фотона выражается: величина его импульса: (здесь волновой вектоp). Хотя фотон не обладает массой покоя, в движении он д-н соответствовать массе, рассчитываемой, следуя значение мoмeнта импульса, переносимого фотоном, выражается как

« Эффект Комптона, как одно из оправданий применения гипотезы о фотонах, представляет собой результат опытов по рассеянию рентгеновских лучей свободными электронами. По представлениям классич. физики при рассеянии поля ЭМ излучения свободными электронами его частота w (длина волны l)не меняется ¾ частотного смещения в отклонённых лучах не д-но происходить. Тем не менее, отклонение R-лучей регистрировалось в эксперименте, а частота и интенсивность рассеиваемых лучей имели выраженную зависимость от угла рассеяния q. Согласно квантовой теории часть первоначальной энергии R-фотона передается электрону, и поэтому энергия рассеянного R-фотона , а, следоват-но, и его частота, дoлжны меняться. Для количественного анализа эффекта используются выражения для законов сохранения импульса и энергии кванта с учётом релятивистской массы электрона (me ¾ масса покоящегося электрона):

× Из этих двух выражений определяется разность Затем в выражении для разности совершают переход к разности т.е., (используя получают Здесь комптоновская длина волны; её значение ¾ L = 2.42 × 10-10 есть константа, близкая к длинам ЭМ волн в R-диапазоне. Порядок (размер) величины L и означает, что эффект рассеяния со смещением частоты в отклоняемых лучах должен проявляться в R-диапазоне (т.е. при длинах волн излучения, сравнимых с L).

× Зависимость энергии рассеиваемых R-фотонов от угла q соответствовала наблюдаемой. Эффект Комптона тем самым стал дополнительным подтверждением предложенной А.Эйнштейном гипотезы о фотонах. При объяснении эффекта Комптона также была обоснована справедливость законов сохранения энергии и импульса в микромире.

 

Предыдущая статья:Вопрос 45. Фотоэлектронная эмиссия. Законы внешнего фотоэффекта. Формула Эйнштейна. Следующая статья:Вопрос №47. Модели атома Томсона и Резерфорда.
page speed (0.0266 sec, direct)