Презентация на тему Квантовая физика

собой энергию. Существует много различных механизмов подвода энергии к

источнику света. В тех случаях, когда необходимая энергия сообщается нагреванием, т. е. подводом тепла, излучение называется тепловым или температурным.
В состоянии равновесия процессы испускания и поглощения энергии каждым телом в среднем компенсируют друг друга, и в пространстве между телами плотность энергии излучения достигает определенного значения, зависящего только от установившейся температуры тел. Это излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с телами, имеющими определенную температуру, называется равновесным или черным излучением.

черного тела при заданной температуре T характеризуется излучательной способностью

r(λ, T), равной мощности излучения с единицы поверхности тела в единичном интервале длин волн. Произведение r(λ, T)Δλ равно мощности излучения, испускаемого единичной площадкой поверхности по всем направлениям в интервале Δλ длин волн. Аналогично можно ввести распределение энергии по частотам r(ν, T). Функцию r(λ, T) (или r(ν, T)) часто называют спектральной светимостью, а полный поток R(T) излучения всех длин волн, равный



называют интегральной светимостью тела.

данных пришел к заключению, что интегральная светимость R(T) абсолютно

черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры T:
R(T) = σT4.
Этот закон получил название закона Стефана–Больцмана. Числовое значение постоянной σ, по современным измерениям, составляет
σ = 5,671·10–8 Вт / (м2 · К4).

температурах

длин волн, причем произведение температуры T на длину волны

λm, соответствующую максимуму, остается постоянным: λmT = b   или   λm = b / T.
Это соотношение ранее было получено Вином из термодинамики. Оно выражает так называемый закон смещения Вина: длина волны λm, на которую приходится максимум энергии излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре T. Значение постоянной Вина
b = 2,898·10–3 м·К.

волны λ и температуры T:
r(λ, T) = 8πkTλ–4. Это

соотношение называют формулой Релея–Джинса. Она согласуется с экспериментальными данными только в области достаточно длинных волн.

происходят не непрерывно, как это принимала классическая физика, а

конечными порциями – квантами. Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом. По теории Планка, энергия кванта E прямо пропорциональна частоте света:
E = hν, где h – так называемая постоянная Планка, равная h = 6,626·10–34 Дж·с. Постоянная Планка – это универсальная константа, которая в квантовой физике играет ту же роль, что и скорость света в СТО.

немецким физиком Г. Герцем и в 1888–1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым.

Наиболее полное исследование явления фотоэффекта было выполнено Ф. Леонардом в 1900 г. К этому времени уже был открыт электрон (Д. Томсон, 1897 г.), и стало ясно, что фотоэффект (или точнее – внешний фотоэффект) состоит в вырывании электронов из вещества под действием падающего на него света.

соответствует большей интенсивности светового потока. Iн1 и Iн2 –

токи насыщения, Uз – запирающий потенциал

прекращается. Измеряя Uз, можно определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов:


Тщательные

измерения показали, что запирающий потенциал линейно возрастает с увеличением частоты ν света.

закономерности фотоэффекта:
Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением

частоты света ν и не зависит от его интенсивности.
Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, т. е. наименьшая частота νmin, при которой еще возможен внешний фотоэффект.
Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.
Фотоэффект практически безынерционен, фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света ν > νmin.

из отдельных порций – квантов, впоследствии названных фотонами. При

взаимодействии с веществом фотон целиком передает всю свою энергию hν одному электрону. Часть этой энергии электрон может рассеять при столкновениях с атомами вещества. Кроме того, часть энергии электрона затрачивается на преодоление потенциального барьера на границе металл–вакуум. Для этого электрон должен совершить работу выхода A, зависящую от свойств материала катода. Наибольшая кинетическая энергия, которую может иметь вылетевший из катода фотоэлектрон, определяется законом сохранения энергии:




Эту формулу принято называть уравнением Эйнштейна для фотоэффекта.

не имеет массы, m = 0. Из общего соотношения специальной теории

относительности, связывающего энергию, импульс и массу любой частицы,
E2 = m2c4 + p2c2, следует, что фотон обладает импульсом

излучения на свободных (или слабо связанных с атомами) электронах

вещества. Открытый им эффект увеличения длины волны рассеянного излучения, назван впоследствии эффектом Комптона.

длины волны Δλ, зависящее от угла рассеяния θ:
Δλ = λ - λ0 = 2Λ sin2 θ / 2,

где Λ = 2,43·10–3 нм – так называемая комптоновская длина волны, не зависящая от свойств рассеивающего вещества. В рассеянном излучении наряду со спектральной линией с длиной волны λ наблюдается несмещенная линия с длиной волны λ0.

электроне

исчерпывающее объяснение эффекту Комптона и позволил выразить комптоновскую длину

волны Λ через фундаментальные константы h, c и m:

каждым микрообъектом связаны, с одной стороны, корпускулярные характеристики –

энергия E и импульс p, а с другой стороны, волновые характеристики – частота ν и длина волны λ.
Корпускулярные и волновые характеристики микрообъектов связаны такими же количественными соотношениями, как и у фотона:

в том числе и для таких, которые обладают массой

m. Любой частице, обладающей импульсом, сопоставлялся волновой процесс с длиной волны λ = h / p. Для частиц, имеющих массу,

– накаливаемый катод, A – анод, Ф – фольга

из золота.

экспозиции (a) и при короткой экспозиции (b). В случае (b) видны точки

попадания отдельных электронов на фотопластинку.