1,62 Mb. страница7/25Дата конвертации27.09.2011Размер1,62 Mb.Тип Смотрите также: 7 ^ 10. Фотоны, энергия, масса и импульс фотона А.Эйнштейн в 1905 г. пришел к выводу, что излучение не только испускается, но и распространяется и поглощается в виде квантов. Этот вывод позволил объяснить все экспериментальные факты (фотоэффект, эффект Комптона, и др.), которые не могла объяснить классическая электродинамика, исходившая из волновых представлений о свойствах излучения. Таким образом, распространение света следует рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных частиц, движущихся со скоростью с распространения света в вакууме. Впоследствии (в 1926 г.) эти частицы получили название фотонов. Фотоны обладают всеми свойствами частицы (корпускулы). Развитие гипотезы Планка привело к созданию представлений о квантовых свойствах света. Кванты света получили название фотонов. Согласно закону пропорциональности массы и энергии и гипотезе Планка, энергия фотона определяется по формулам . (10.1.) Приравнивая правые части этих уравнений, получим выражение для массы фотона , (10.2.) или с учетом, что , . (10.3.) Импульс фотона определяется по формулам: (10.4. ) Масса покоя фотона равна нулю. Квант электромагнитного излучения существует только распространяясь со скоростью света, обладая при этом конечными значениями энергии и импульса. В монохроматическом свете с частотой m все фотоны имеют одинаковую энергию, импульс и массу.^ 11. Примеры решения задач 1. Во сколько раз энергия фотона рентгеновского излучения с длиной волны k1=1g10-10 м больше энергии фотона видимого света с длиной волны k2=0,4мкм? Решение. Энергия фотона рентгеновского излучения e1=hc/k1. Энергия фотона видимого света e2=hc/k2. Отсюда e1/e2=k2/k1. Ответ: 4g103. 2. Глаз человека воспринимает свет длиной волны 0,5 мкм, если световые лучи, попадающие в глаз, несут энергию не менее 20,8g10-18 Дж в секунду. Какое количество квантов света при этом ежесекундно попадает на сетчатку глаза? Решение. Энергия кванта e=hc/k. Количество квантов, ежесекундно попадающих на сетчатку глаза, N=W1/e=W1k/hc. Ответ: N= 53.^ 12. Давление света Световое излучение может передавать свою энергию телу в виде механического давления. Впервые давление света открыл и измерил в 1900 году выдающийся русский физик Петр Николаевич Лебедев (1866 - 1912). Он доказал, что свет, полностью поглощенный зачерненной пластинкой, оказывает на нее силовое воздействие. Световое давление проявляется в том, что на освещаемую поверхность тела в направлении распространения света действует распределенная сила, пропорциональная плотности световой энергии и зависящая от оптических свойств поверхности. Световое давление на зеркальную поверхность, полностью отражающую свет, вдвое больше, чем на поверхность, полностью его поглощающую. Величина светового давления мала. Так, яркий солнечный свет давит на 1м2 черной поверхности с силой всего лишь 0,4 мг. Лебедев показал также, что свет оказывает давление не только на твердые тела, но и на газы. Хотя давление света в обычных условиях очень мало, оно вызывает явления, которые можно наблюдать. Так, хвосты комет, имеющие очень низкую плотность, направлены всегда в сторону от Солнца именно из-за светового давления, которое "сдувает" отдельные молекулы разреженного газа. В итоге применения к оптическим измерениям Лебедева законов механики получено чрезвычайно важное соотношение, показавшее, что энергия всегда эквивалентна массе. Впервые Эйнштейн указал, что уравнение mc2 = E универсально и должно быть справедливым для любых видов энергии. Объяснить это явление можно с позиций как волновых, так и корпускулярных представлений о природе света. В первом случае это результат взаимодействия электрического тока, наведенного в теле электрическим полем световой волны, с ее магнитным полем по закону Ампера. Периодически меняющиеся в пространстве и во времени электрическое и магнитное поля световой волны при взаимодействии с поверхностью вещества оказывают силовое воздействие на электроны атомов вещества. Электрическое поле волны заставляет электроны совершать колебания. Сила Лоренца со стороны магнитного поля волны направлена вдоль направления распространения волны и представляет собой силу светового давления. Квантовая теория объясняет давление света тем, что фотоны обладают определенным импульсом и при взаимодействии с веществом они передают часть импульса частицам вещества, оказывая тем самым давление на его поверхность (можно провести аналогию с ударами молекул о стенку сосуда, при которых импульс, передаваемый стенке, определяет давление газа в сосуде). Рисунок 5.При поглощении фотоны передают свой импульс телу, с которым взаимодействуют. Это и является причиной давления света. Определим давление света на поверхность, используя квантовую теорию излучения. Пусть перпендикулярно некоторой поверхности падает излучение с частотой (рис.5). Пусть это излучение, состоящие из N фотонов, падает на поверхность площади S в течение времени t. Поверхностью поглощается N1 фотонов, а отражается N2, т.е. N = N1 + N2. Каждый поглощенный фотон (неупругий удар) передает поверхности импульс , а каждый отраженный фотон (упругий удар) передает ей импульс
Квантовая природа излучения 5 чел. помогло.
10. Фотоны, энергия, масса и импульс фотона - Квантовая природа излучения
Комментариев нет:
Отправить комментарий