С позиций классической физики нельзя было объяснить второй закон фотоэффекта. Почему?

Основоположниками квантовой механики считаются Нильс Бор, Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Луи де Бройль, Эрвин Шредингер, Вернер Гейзенберг.

Все они впоследствии стали лауреатами Нобелевской премии по физике.

 

 

Лекция 1

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ: ЯВЛЕНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ СВЕТА С ВЕЩЕСТВОМ

Основные явления, которые в этой области не могла объяснить классическая физика, это:

Законы теплового излучения

(и поглощения) абсолютно черного тела;

2) фотоэффект.

Абсолютно черное тело – тело, поглощающее полностью попадающее на него электромагнитное излучение, в частности, тепловое или оптическое.

Модель абсолютно черного тела

Введем плотность излучения ,

где   - энергия излучения, приходящаяся на интервал частот  .

На эксперименте вначале отверстие закрывают, нагревают черное тело до температуры Т, и из-за колебаний частиц в стенках полости она заполняется равновесным тепловым излучением. Затем отверстие открывают и исследуют спектр выходящего теплового излучения.

Законы:

А). Вид спектра излучения (и поглощения) (впоследствии его назвали «планковским»).

Особенности спектра:

1.  Распределение энергии по спектру неоднородное и зависит от температуры. При этом функция ρ(ω, Т) →0 при ω →0 и ω →∞.

Площадь под кривой существенно зависит от температуры.

3.  Частота, определяющая положение максимума, ω _m Т.

Б). Закон Вина

При больших частотах ρ(ω,Т) exp(- b ω/T)

(константа b>0).
 

В). Закон Стефана-Больцмана

Полная энергия излучения (площадь под кривой)

(σ – постоянная Стефана-Больцмана).

Классическая теория для плотности излучения дает закон Релея-Джинса: ρ(ω,Т) ω ² T.

Видно, что ρ(ω,Т) → , когда ω → , и = .

Этот результат известен под названием: «ультрафиолетовая катастрофа».

Фотоэффект

С позиций классической физики нельзя было объяснить второй закон фотоэффекта. Почему?

Электрон обладает электрическим зарядом – e. При облучении вещества со стороны электромагнанитной волны на него будет действовать сила , где - напряженность электрического поля. Следовательно, ускорение электрона  и скорость вылетающего электрона тоже пропорциональна  : .

В результате кинетическая энергия вылетевшего электрона . В электродинамике величина  определяет интенсивность электромагнитной волны, т.е. энергия электрона должна зависеть от интенсивности, а не от длины волны (или частоты).   

Чтобы устранить противоречия между экспериментом и классической физикой, необходимы были новые идеи. Они были сформулированы М.Планком и А.Эйнштейном. Оба ученых сделали предположение: