Квантовая природа света

Фотоэлектрический эффект

Внешним фотоэффектом называется явление испускания электронов веществом под действием света Фотоэффект представляет собой квантово-механическое явление, в котором проявляются корпускулярные свойства света.

Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта

h n = A _вых + E _max,

где h n – энергия кванта света, падающего на поверхность металла; A _вых – работа выхода электрона из металла; E _max – максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона.

Красная граница фотоэффекта. Минимальная частота (максимальная длина волны) света, при которой еще возможен фотоэффект, называется красной границей фотоэффекта:

n_кр = ;              l _кр= .

Задерживающий потенциал. Отрицательное напряжение на аноде, при котором прекращается фототок, называется задерживающим потенциалом. Задерживающий потенциал определяется максимальной кинетической энергией фотоэлектронов

j = Е _max / e,

где е - заряд электрона.

Фотоны

Свет излучается, распространяется и поглощается в виде особых дискретных частиц – фотонов (квантов света). Фотон всегда движется со скоростью света, масса покоя фотона равна нулю.

Энергия фотона

Е = h n,

где h - постоянная Планка, h = 6,63·10^-34 Дж·с, ν - частота излучения.

Релятивистская масса фотона

m = h n / c ² = h / (c λ),

где с = 3·10⁸ м/с – скорость света в вакууме, λ - длина волны излучения.

Импульс фотона

p = h n / c = mc = h / λ.

Давление света

Давление света Р, производимое светом при нормальном падении на поверхность с коэффициентом отражения r

Р =      или   P = ,

где N - число фотонов, падающих на единицу поверхности за одну секунду; E – энергетическая освещенность поверхности (мощность излучения, падающего на единицу поверхности).

Эффект Комптона

Эффект Комптона заключается в упругом рассеянии рентгеновского излучения (рентгеновских фотонов) на свободных или слабо связанных электронах вещества. При упругом столкновении фотон передает электрону часть своей энергии и импульса, при этом длина волны рассеянного фотона увеличивается. Изменение длины волны Dl зависит только от угла рассеяния фотонов q

Dl = l _c(1 – cosq) = 2l _c sin² q/2,

где l _c = h / m ₀ c – комптоновская длина волны (l _c = 2,426∙10 ^-12 м);    m ₀ – масса покоя электрона.

ФИЗИКА АТОМА

1 Постулаты Бора.

1.В атоме существуют стационарные круговые орбиты, двигаясь по которым электрон не излучает энергии. Радиус этих орбит удовлетворяет условию квантования момента импульса электрона

L _n = n или m v r _n = n,

где n  = 1, 2, 3…

2.Электрон при переходе с одной орбиты на другую излучает или поглощает квант энергии

h n = E_n - E_{m ,}

где E_n  и E_m – энергия стационарных состояний атома до и после перехода.

2 Cериальная формула Ридберга. В линейчатом спектре атома водорода имеется несколько серий линий, частоты которых могут быть представлены общей формулой

n = Rс ,

где n – частота спектральных линий в спектре атома водорода; R – постоянная Ридберга (R = 1,1×10⁷ м ^–1),  с – скорость света.

Число m определяет спектральную серию, а число n определяет отдельные линии данной спектральной серии. Серия, соответствующая m = 1, называется серией Лаймана, серия, соответствующая m = 2 – серией Бальмера, m = 3 – серией Пашена, m = 4 – серией Брэкета, m = 5 – серией Пфунда, m = 6 – серией Хэмфри.

Числа n и m связаны условием: n = m + 1, m + 2, m + 3, …