Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 184. Понятие о световых квантах
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 184. Понятие о световых квантах. Закон, сформулирован-
ный в конце предыдущего параграфа, вносит совершенно новые черты в представление о свете. Он означает, что свет часто- ты ν сообщает электрону энергию, равную hν, к а к о в а б ы н и б ы л а и н т е н с и в н о с т ь с в е т а. При сильном свете б о л ь ш е е количество электронов получает указанные п о р- ц и и энергии, при слабом — м е н ь ш е е, но сами порции о с т а ю т с я неизменно равными hν. Таким образом, световой энергии приписывается а т о м и- с т и ч е с к и й х а р а к т е р; энергия света данной частоты ν не может делиться на произвольные части, а проявляет себя в виде совершенно определенных равных порций — «атомов световой энергии». Для этих порций энергии установлено специальное название; они именуются световыми квантами или фотонами. Представление о световых квантах было введено Эйнштейном 2 ) в 1905 г. 1 ) Соотношение A + mv 2 /2 = hν называется формулой Эйнштейна. Оно справедливо для максимальной скорости электронов, вылетающих из пластин- ки под действием излучения частоты ν. В силу ряда причин не все электроны, покидающие пластинку, имеют эту максимальную скорость. 2 ) Альберт Э й н ш т е й н (1879–1955) — выдающийся ученый, один из создателей современной физики. Родился в Германии, работал в Швейцарии и Германии. После прихода к власти нацистов эмигрировал в США. Гл. XXI. Действия света 429
То обстоятельство, что в большинстве оптических опытов мы не обнаруживаем квантового характера световой энергии, не является удивительным. Действительно, h — очень малая величина, равная 6,6 · 10 −
Дж · с. Вычислим энергию кван- та зеленого света, например, для λ = 500 нм. Соответствую- щее ν = c/λ = 3 · 10 8
· 10 − 7 = 6 · 10 14 Гц и, следовательно, hν = 4 × 10
− 19 Дж; это — очень маленькая величина. Энер- гия, с которой мы имеем дело в большинстве опытов, состоит из очень большого числа квантов; естественно, что при этом остается незамеченным, что энергия эта всегда равна ц е л о м у ч и с л у квантов. Аналогично, большинство опытов с обычными порциями вещества всегда охватывает очень большое количество атомов вещества; поэтому мы не можем заметить в этих опытах, что данное вещество состоит из ц е л о г о ч и с л а минималь- ных порций — атомов. Требуются специальные опыты, в которых атомистическое строение вещества выступает вполне отчетливо. Совершенно так же в большинстве обычных оптических опытов от нашего внимания ускользает то обстоятельство, что световая энергия состоит из отдельных световых квантов. В специальных же опытах, к которым и относятся вышеприведенные опыты по фотоэлектрическому эффекту, с полной ясностью выступает к в а н т о в а я п р и р о д а с в е т о в о й э н е р г и и. Квантовый характер имеет не только фотоэффект, но и многие другие явления оптики, атомной и молекулярной физики. Крайне важно, что во всех таких явлениях играет роль фундамен- тальная постоянная, которую мы обозначили буквой h . Эта постоянная в настоящее время определена из измерений, относящихся к весьма различным явлениям, и числовые значения, найденные при этом, пре- восходно согласуются друг с другом. Представление о световых квантах позволяет легко понять смысл первого основного закона фотоэффекта — п р о п о р ц и- о н а л ь н о с т ь м е ж д у с в е т о в ы м п о т о к о м и ф о т о- т о к о м; световой поток, т. е. энергия, приносимая светом за единицу времени, определяется ч и с л о м с в е т о в ы х к в а н- т о в, поступающих за единицу времени. Ясно, что чем больше это число, тем больше электронов приобретет дополнительную энергию, приносимую этими квантами, и тем больше электро- нов вылетит из освещенного металла за единицу времени, т. е. тем сильнее будет фототок. Конечно, это не означает, что чис- ло вылетевших электронов должно быть равно числу квантов, попавших за то же время в металл. Не всякий квант сооб- щает свою энергию отдельному электрону. Значительная часть энергии будет распределена между атомами металла и поведет
430 Гл. XXI. Действия света к нагреванию его. Действительно, опыт показывает, что лишь малая часть (меньше 1 %) 1 ) световой энергии обычно переходит в энергию вылетевших электронов. Остальная же часть погло- щенных световых квантов ведет к нагреванию металлов. жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|