bannerka.ua

Элементы квантовой физики (ср). План

Элементы квантовой физики (СР).

План

1. Квантовая природа света.

2. Фотон. Масса, импульс и энергия фотона.

3.Фотоелектричний эффект.

4. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Красная граница фотоэффекта.

5. Практическое применение фотоэффекта.

6. Давление Света. Опыты Лебедева

7. Эффект Компотная.

8. Рентгеновские лучи.

Интерференция, дифракция, поляризация, дисперсия — это проявление волновой природы света; явление фотоэффекта, эффект Комптона, частично давление света на поверхность, обнаружен в опыте Лебедева, опыты С. И. Вавилова, который наблюдал смену светового потока в зависимости от количества фотонов — это проявление квантовой (почти корпускулярной) природы света. В целом свет имеет диалектически двойную корпускулярно-волновую природу: фотон одновременно является частицей и электромагнитной волной.

Свет рассматривают как поток частиц — фотонов, масса покоя которых равна нулю ( Элементы квантовой физики (ср). План ). Энергия одного фотона Элементы квантовой физики (ср). План, где Элементы квантовой физики (ср). План Дж. с — постоянная Планка (по имени немецкого физика М. К. Планка (1858 — 1947), который впервые выдвинул гипотезу о дискретности процесса излучения и поглощения света).

Скорость движения фотона равна скорости света. Импульс фотона имеет направление распространения света и модулем равна:

Элементы квантовой физики (ср). План, потому что Элементы квантовой физики (ср). План, тогда импульс фотона Элементы квантовой физики (ср). План,

Где Элементы квантовой физики (ср). План — длина соответствующей световой волны.

Из формулы теории относительности Элементы квантовой физики (ср). План, или Элементы квантовой физики (ср). План масса фотона Элементы квантовой физики (ср). План=Элементы квантовой физики (ср). План.

Корпускулярные свойства света проявляются тем отчетливее, чем больше частота световых колебаний. Энергия фотонов видимого света очень мала. Например, фотон зеленого света имеет энергию Элементы квантовой физики (ср). ПланДж.

3. Понятие фотоэффекта.

Наряду с законами теплового излучения в конце 19 в. было открыто и изучено оптическое явление, не объяснялось законами классической физики — фотоэлектрический эффект.

Фотоэффект - Это физическое явление освобождения (полного или частичного) электронов от связей с атомами и молекулами вещества под действием света (инфракрасного, видимого и ультрафиолетового).

Внешний фотоэффект — Электроны полностью вылетают за пределы вещества. Это явление было открыто в 1887г. Г. Герцем и подробно изучено в 1888г. А. Г. Столетовим.

Внутренний фотоэффект — Электроны теряют связь со своими атомами, но не выходят за пределы вещества (открыл в 1873г. В. Смит).

Внешний фотоэффект наблюдается у металлов.

Законы фотоэффекта.

Опыты Столетова и других ученых позволили сформулировать такие законы фотоэффекта:

1) под действием света вещество излучает отрицательно заряженные частицы. В 1898г. Дж. Томсон нашел отношение q / m, которое было характерно для электрона;

2) количество выбитых электронов и фототок насыщения Ин прямо пропорционален световому потоку: I = k · Ф, где k — фоточувствительность поверхности (мкА / лм);

3) скорость фотоэлектронов увеличивается с ростом частоты светового излучения и не зависит от от его интенсивности;

4) фотоэффект начинается лишь с жестко обусловленной для каждого металла частоты светового излучения независимо от интенсивности светового потока.

Красная граница фотоэффекта — Это минимальная частота света, при которой начинается наблюдаться фотоэффект (в случае снижения частоты света фотоэффект исчезает).

Третий и четвертый законы фотоэффекта классическая физика объяснить не могла. Потому что с позиций классической волновой теории света интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды волны, которая раскачивает электроны в металле. Поэтому свет произвольной частоты при значительной интенсивности должно вызывать фотоэффект, то есть не должно существовать красной черты фотоэффекта. Далее, чем выше интенсивность, тем большую кинетическую энергию должен иметь электрон, поэтому скорость электронов в фототок должна расти с увеличением интенсивности света, однако этого явления не наблюдалось. Законы внешнего фотоэффекта имеют объяснение с позиций квантовой теории света.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Разъяснение механизма фотоэффекта было подано в 1905 г. А. Эйнштейном. Он предложил рассматривать излучение света как поток материальных частиц, квантов излучения или фотонов. Энергия каждого фотона излучения данной частоты ν равна:

Ε = h · ν, где h — постоянная Планка (h = 6,625 · 10-34 Дж · с-1).

Если Планк считал, что излучение отдается колебательными системами в виде порций hν, но само может иметь произвольную энергию и поглощаться в произвольном количестве, т. е. непрерывно; то Эйнштейн пошел дальше: он предоставил корпускулярные свойства (дискретность) самому излучению, поэтому отдача энергии порциями hν при излучении объясняется тем простым фактом, что никаких других порций излучения (с частотой ν) существовать в природе не может.

Монохроматическое излучение частоты ν всегда состоит из целого числа фотонов, энергия каждого из них равна ε = hν. Такое излучение испускается и поглощается только порциями энергии ε = hν. При поглощении энергии излучения с частотой ν каждый электрон вещества может поглотить один фотон, получая при этом энергию ε = hν (и никакой другой). Итак, каждый фотон может взаимодействовать только с Одним электроном.

Взаимодействие электрона с квантом-фотоном состоит из трех моментов:

А) поглощение кванта электроном полностью;

Б) движение электрона к поверхности вещества;

В) преодоление электроном поверхностного потенциального барьера — работа выхода А.

Остаток энергии превращается в кинетическую энергию движения от поверхности металла в пространство со скоростью V.

Согласно этих положений можно записать:

Элементы квантовой физики (ср). План, где ΔW — энергия движения электрона внутри металла к поверхности, А — работа выхода, Элементы квантовой физики (ср). План- кинетическая энергия движения электрона в пространстве.

Для поверхностных электронов ΔW = 0, следовательно, имеем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:

Элементы квантовой физики (ср). План, где то — масса электрона, V — скорость электрона в пространстве, А — работа выхода, которая является постоянной величиной для каждого металла.

Согласно уравнению Эйнштейна для некоторой частоты νmin вся энергия hνmin будет тратиться только на совершение работы выхода А, а кинетическая энергия будет отсутствовать, то есть внешний фотоэффект остановится. Эта νmin и является красной чертой фотоэффекта. Итак, красная граница фотоэффекта равна:

H νmin = А, отсюда имеем: νmin = ν0 = Элементы квантовой физики (ср). План.

Красная граница зависит от вещества, например:

Ν0 цинка = 4,19 эВ (λ0 = 290 нм) — это ультрафиолетовый свет;

Ν0 натрия = 2,25 эВ (λ0 = 552 нм) — это видимый свет;

Ν0 цезия на вольфраме = 1,36 эВ (λ0 = 913 нм) — это инфракрасный свет.

Итак, если излучение будет иметь частоту, меньше красную черту фотоэффекта для данного металла, то никакой интенсификацией потока излучения достичь внешнего фотоэффекта не удастся.

4. Практическое применение фотоэффекта.

В зависимости от судьбы электронов, которые поглотили излучения, различают следующие виды фотоэффекта:

1) внешний фотоэффект в металлах. На явлении внешнего фотоэффекта работают фотоэлементы с вакуумом в стеклянном баллоне, они позволяют получать силу тока, которая будет пропорциональна интенсивности излучения (светового потока), что попадает на фотоэлемент. Такие фотоэлементы используются в киноустановки и средствах телемеханики и автоматики;

2) внутренний фотоэффект и свойства поверхностей металл-полупроводник применяются в фотоэлементах с запирающей слоем — это полупроводниковые фоторезисторы и вентиль ни фотоэлементы (солнечные батареи). Кремневи солнечные батареи имеют к. к. д. от 10% до 20%, что обусловило их широкое использование в качестве генераторов тока, которые превращают солнечный свет в электрическую энергию.

Совокупность внешнего и внутреннего фотоэффектов широко используется в явлении второстепенной электронной эмиссии, когда ускоренные электрическим полем электроны выбивают из металлической поверхности несколько второстепенных электронов, что ведет к усилению первичного фототока. На этом принципе работают фотоэлектронные множители в приборах ночного видения.

Но самое главное применение имеет фотоэффект во всех современных системах телевидения, где он работает в электронных передатчиках-преобразователях светового сигнала — суперортикон, которые позволяют превратить световой сигнал в электрический и дальше строить всю телевизионную систему.

5. Масса и импульс фотона. Световое давление.

Связь между массой и энергией для материальной Вселенной выглядит так: W = m c2,

Где W — энергия материи, m — масса материи, с — скорость света в вакууме.

Для светового кванта-фотона можно записать следующие соотношения:

Wфотона = hν и Wфотона = mфотона c2, следовательно, масса фотона: Элементы квантовой физики (ср). План, импульс фотона: Элементы квантовой физики (ср). План.

Для рентгеновского излучения масса фотона уже сравнима с массой электрона, а для жесткого γ-излучения превышает массу электрона. Поскольку фотоны имеют массу и импульс, то световой поток должен создавать давление на препятствие на своем пути. Для препятствия, поглощает фотон, поглощенный импульс равен: Элементы квантовой физики (ср). План, Для препятствия отражает фотон, поглощенный импульс вдвое больше. Давление потока фотонов на препятствие будет равняться сумме импульсов всех фотонов, достигших препятствия, т. е. для отражающей препятствия он будет вдвое больше. Опытным путем выявить эту двойную разницу в давлениях на темную и блестящую (отражающую) препятствия впервые удалось в 1900 г. российскому ученому П. Лебедева.

Давление света на препятствие легко объясняется как с волновой электро-магнитной теории света Максвелла, так и с корпускулярной (квантовой) теории, подтверждающий глубокий квантово-волновой дуализм природы света.

5.Ефект Комптона.

Квантовый характер излучения достаточно отчетливо проявляется при облучении малых объектов слабым световым потоком, который состоит из небольшого количества массивных фотонов, например, при облучении свободных электронов жестким рентгеновским излучением. В этом случае электроны испытывают значительные толчки от отдельных фотонов. Взаимодействие фотонов с электронами впервые наблюдал в опыте в 1923г. американский физик А. Х. Комптон. Он обнаружил, что при рентгеновском облучении вещества, содержащего свободные или слабо связанные электроны, происходит рассеивание рентгеновских лучей, что сопровождается увеличением длины волны (уменьшением частоты) рассеянного излучения.

Энергия падающего фотона hν0 больше энергию рассеянного фотона hν, направление движения рассеянного фотона изменяется относительно начального на угол Θ; часть энергии фотон отдал электрону.

Ν0> ν (λ0 <λ).

Увеличение длины волны рассеянного фотона Δλ = λ-λ0 зависит только от угла рассеяния Θ: Δλ = 0,00242 (1 — cosΘ) нм, и не зависит от длины волны (частоты) падающего излучения.

Это можно объяснить с точки зрения теории фотонов Эйнштейна тем, что при поглощении жестких рентгеновских лучей электрон получает огромную скорость, близкую к скорости света и меняет свою массу. При элементарном акте рассеяния выполняется как закон сохранения энергии, так и закон сохранения импульса; часть энергии (и импульса падающего фотона получает электрон отдачи, что и приводит к уменьшению частоты рассеянного фотона. Увеличение длины волны рассеянного фотона обусловлено массой рассеивающих частиц и углом отклонения частиц отдачи, при этом относительное изменение длины волны, даже для видимого диапазона настолько мала, что классический вывод о неизменности длины волны (и частоты) во время рассеяния практически сохраняет силу. Только в диапазоне рентген — и γ-излучения изменение длины волны рассеянного излучения весьма заметна.

Рентгеновские лучи. Электромагнитные волны, длина которых от Элементы квантовой физики (ср). План к Элементы квантовой физики (ср). План м, излучаемых в результате резкого торможения электронов, называют рентгеновскими лучами в честь немецкого физика В. К Рентгена (1845-1923), который открыл эти волны в 1895 г. Рентгеновские лучи возникает во время газового высоковольтного разряда при малом давлении (Элементы квантовой физики (ср). ПланПа), когда быстрые электроны, при этом образуются, тормозятся любым препятствием, например металлическими электродами. Малая длина волны рентгеновских лучей, большая «жесткость», обуславливает большую проникающую способность, а также дифракции на кристаллической решетке твердого тела. Исследование дифракционной картины, возникающей в результате взаимодействия рентгеновского излучения с кристаллической решеткой, дает возможность изучать структуру кристаллов, а также сложных органических соединений, в частности белков (в состав которых входят десятки тысяч атомов). Рентгеновские лучи также широко применяется в медицине, как в диагностике, так и в лечении.

Рентгеновские лучи широко применяют для изучения кристаллических структур различных материалов (металлов), органических соединений, полимеров, определения типа дефектов в кристаллах, в медицине для рентгенодиагностики, в технике для контроля качества деталей (дефектоскопия) и т. д. Созданы различные по назначению типы рентгеновских трубок и рентгеновских аппаратов.

Рентгеновская трубка имеет такое строение: в откачана до высокого вакуума стеклянном баллоне установлен один напротив друга два электрода: пидигривний катод и анод (который называют также антикатоде). Электроны, эмитируемые катодом, подогретым до высокой температуры, ускоряются электрическим полем и бомбардируют антикатод, который при этом излучает рентгеновские лучи.

  • Методы контроля
  • Массовая доля сухих веществ продуктах
  • Основные качество продукции
  • Показатели качества продукции и услуг
  • Телятина выбор категор
  • Технологическая схема производства рубленных мясных полуфабрикатов

Реферати :

Вам будет интересно почитать:

Tagged with: , , , , , , , ,
Posted in Физика

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Перечень предметов
  1. Бухучет в ресторанном хозяйстве
  2. Введение в специальность 4к.2с
  3. Высшая математика 3к.1с
  4. Делопроизводство
  5. Информационные технологии в области
  6. Информационные технологии в системах качества стандартизаціісертифікаціі
  7. История украинской культуры
  8. Математические модели в расчетах на эвм
  9. Методы контроля пищевых производств
  10. Микробиология молока и молочных продуктов 3к.1с
  11. Микропроцессорные системы управления технологическими процессами
  12. Научно-практические основы технологии молока и молочных продуктов
  13. Научно-практические основы технологии мяса и мясных продуктов
  14. Общая технология пищевых производств 4к.2с
  15. Общие технологии пищевых производств
  16. Организация обслуживания в предприятиях ресторанного хозяйства
  17. Основы научных исследований и техничнои творчества
  18. Основы охраны труда
  19. Основы пидприемницькои деятельности и агробизнеса
  20. Основы физиологии и гигиены питания 3к.1с
  21. Пищевые и диетические добавки
  22. Политология
  23. Получения доброкачественного молока 3к.1с
  24. Прикладная механика
  25. Прикладная механика 4к.2с
  26. Теоретические основы технологии пищевых производств
  27. Технологический семинар
  28. Технологическое оборудование для молочной промышленности
  29. Технологическое оборудование для мьяснои промышленности
  30. Технология продукции предприятий ресторанного хозяйства
  31. Технология хранения консервирования и переработки молока
  32. Технология хранения, консервирования и переработки мяса
  33. Технохимическому контроль
  34. Управление качеством продукции ресторанного хозяйства
  35. Физика
  36. Физическое воспитание 3к.1с
Возможно Вы искали: