Лекция. Кіріспе Микрофизика дамуының кезеңдері Бөлшектер арасындағы өзара әсерлесу түрлері Атомдық жүйелердің түрлері және олардың құрамы
–лекция. Жарықтың кванттық табиғаты. Фотондар
жүктеу/скачать 4,76 Mb.
|
| 3–лекция. Жарықтың кванттық табиғаты. Фотондар
Фотондар. Боте тәжірибесі Фотоэффект Рентгендік спектрдің қысқа толқындық шекарасы Комптон эффекті Жарықтың корпускулалық–толқындық дуализмі 1. 1900 жылы М. Планк қатты дененің жылулық сәуле спектріндегі энергияның үлестірілуін түсіндіру үшін қатты дене электромагниттік сәулені үздіксіз емес, дискретті түрде үлестермен (кванттармен) шығарады, ал сәуле энергиясы квантының шамасы: деген постулат ұсынды, мұндағы - электромагниттік сәуле жиілігі, =1,0510-34 Джс – Планк тұрақтысы. Планктың кванттық гипотезасын дамыта келе А.Эйнштейн 1905 жылы жарық кванты жайындағы гипотезасын ұсынды. Осы гипотезаға сәйкес жарық кванттар түрінде жұтылады және де кеңістікте кванттар түрінде таралады. Эйнштейннің гипотезасы кейін-нен көптеген тәжірибелерде расталды. Фотондар деп кейіннен аталған жарық кванттарының болатындығы неміс физигі В.Боте (1891–1957) тәжірибесінде тікелей расталды (1924). Тәжірибе схемасы 1-суретте келтірілген. Ф жұқа метал (Fe немесе Cu) фольга екі газразрядты C1 және C2 санауыштар аралығына орналастырылған. Фольга рентген сәулелерінің әлсіз шоғымен жарықтандырылады, мұның әсерінен фольганың өзі сипаттауыш рентген сәулесінің көзіне айналады. Осы құбылыс рентгендік флуоресценция деп аталады. Бастапқы шоқ интенсивтілігі әлсіз болуы себепті, фольга шығаратын квант саны да көп болмайды. Фольгаға рентген сәулелері түскен кезде санауыш бірден (<0,001 с) іске қосылады да, ол өзі M арнаулы тетікті іске қосады; ол қозғалып тұрған таспаға белгі (сызық) соғады. Егер де шығарылатын сәуле энергиясы барлық бағытта бірдей таралатын болса, онда санауыштың екеуі де бір мезгілде іске қосылуы тиіс еді де, таспадағы белгілер біреуі екіншісіне дәл тұспа-тұс келген болар еді. Шындығында, белгілердің тіпті ретсіз, қалай болса солай орналасуы байқалады. Мұны сәуле шығарудың жеке актыларында біресе бір бағытта, біресе басқа бағытта ұшып шығатын жарық бөлшектері пайда болады деп қана түсіндіруге болады. Сонымен, ерекше жарық бөлшектері – фотондардың бар екендігі тәжірибеде расталды (фотоэффект, қара дене сәулесі). Фотондар. Қарастырылған тәжірибелерде Эйнштейннің жарық кванттары – фотондар жайындағы гипотезасы сенімді расталды. Эйнштейннің гипотезасы бойынша жиілігі ω жарық – бұл шын мәнінде энергиясы фотондар ағыны. Жарық вакуумда с жарық жылдамдығымен таралады. Демек осындай жылдам-дықпен фотондар да таралады. Салыстырмалық теориясы бойынша жылдамдықпен қозғалатын кез келген бөлшектің толық энергиясы Е былай анықталады: . (1) Фотон жағдайында =с, сонда осы өрнектің бөлімі нөлге айналады. Энергиясы шектеулі фотон үшін, бұл m=0 болатын жағдайда ғана мүмкін болады. Сонымен, біз тыныштық массасы нөлге тең бөлшекпен істес боламыз. Қозғалыстағы бөлшектің Е энергиясы мен р импульсы арасындағы байланысты: Е2 – р2с2=m2с4 (2) пайдаланып, фотонның (m=0) Е= ħ ω энергиясы ғана емес, р= ħω/c= ħ k (3) импульсы да бар деген қорытындыға келеміз, өйткені , мұндағы k – толқындық сан. Сонымен, фотон бөлшек ретінде энергияға және импульсқа ие. Импульсты векторлық түрде жазып, фотонның энергиясы мен импульсы үшін мына өрнектерді аламыз: , (4) мұндағы – толқындық вектор, оның модулі k=2/. жүктеу/скачать 4,76 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|