Квантовая теория электромагнитного излучения вещества

В декабре 2000 года мировая научная общественность отмечала столетний юбилей возникновения новой науки – квантовой физики и открытие новой фундаментальной физической константы – постоянной Планка. Заслуга в этом принадлежит выдающемуся немецкому физику Максу Планку. Ему удалось решить проблему спектрального распределения света, излучаемого нагретыми телами, проблему, перед которой классическая физика оказалась бессильной. Планк первым высказал гипотезу о квантовании энергии осциллятора, несовместимую с принципами классической физики. Именно эта гипотеза, развитая впоследствии трудами многих выдающихся физиков, дала толчок процессу пересмотра и ломки старых понятий, который завершился созданием квантовой физики. постоянной Планка Максу Планку постоянной Планка Максу Планку

Тепловое излучение тел Модель абсолютно черного тела Тепловым называется электромагнитное излучение, испускаемое нагретыми телами, за счет своей внутренней энергии. Абсолютно черное тело - тело, поглощающее всю энергию падающего на него излучения любой частоты при произвольной температуре.

«Ультрафиолетовая катастрофа»

Гипотеза Планка Планк пришел к выводу, что процессы излучения и поглощения нагретым телом электромагнитной энергии, происходят не непрерывно, как это принимала классическая физика, а конечными порциями – квантами. Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом. По теории Планка, энергия кванта E прямо пропорциональна частоте света:

Фотон. Световые кванты – реальные микрочастицы – фотоны. Фотон – микрочастица, квант электромагнитного излучения. Свойства фотона. 1. Энергия фотона пропорциональна частоте электромагнитного излучения : E=h. 2. Фотон – электрически нейтральная частица, т.е. q ф =0. 3. Скорость фотона во всех системах отсчета равна скорости света в вакууме: = с. 4. Масса покоя фотона равна нулю, т.е. он не существует в состоянии покоя. Т.к. E=mc 2, то m = h /c Фотон обладает импульсом p=mc=h /c=h/. 6. Давление э/м излучения (фотонного газа): p=2I/c, где I – интенсивность э/м излучения.

Фотоэффект. Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 году немецким физиком ГГГГ.... ГГГГ ее рр ввц ее мм и и и и и в 1888–1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым. Наиболее полное исследование явления фотоэффекта было выполнено Ф. Ленардом в 1900 г. К этому времени уже был открыт электрон ( ДДДД.... ТТТТ ооо мм сс ооо нан,,,, гг....), и стало ясно, что фотоэффект (или точнее – внешний фотоэффект) состоит в вырывании электронов из вещества под действием падающего на него света.

Опыты Столетова А.Г.

Первый закон фотоэффекта Фототок насыщения (количество электронов, вырванных с поверхности катода) прямо пропорционален интенсивности света, падающего на катод

Второй закон фотоэффекта Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна частоте света и не зависит от его интенсивности.

Третий закон фотоэффекта Каждому веществу соответствует минимальная частота излучения (красная граница), ниже которой фотоэффект невозможен min, max

Работа выхода. Энергию связи электрона в металле характеризуют работой выхода Работа выхода – минимальная работа, которую нужно совершить для удаления электрона из металла A=h min min = A / h

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта (закон сохранения энергии)

Вопросы и задачи: 1. По какой причине открытые окна домов днем кажутся черными, хотя в комнате достаточно светло из-за отражения дневного света от стен? 2. Приведите примеры абсолютно черных тел. 3. Найдите энергию фотона с длиной волны 400 нм. 4. Используя данные таблицы (см.слайд 12), найдите красную границу фотоэффекта для калия. 5. Найдите задерживающую разность потенциалов для фотоэлектронов, вырываемых с поверхности натрия (Авых=2,28 эВ) светом с длиной волны 400 нм.

Планк (Planck) Макс (23.IV.1858– 4.X.1947) Немецкий физик. Основоположник квантовой теории. Впервые, вопреки представлениям классической физики, предположил, что энергия излучения испускается не непрерывно, а порциями – квантами, и на основе этой гипотезы вывел закон теплового излучения (закон Планка). Ввел (1900) фундаментальную физическую постоянную – постоянную Планка (h = 6,62610 –34 Дж/с), без которой невозможно описание свойств атома, молекулы и других квантовых систем. Нобелевская премия по физике (1918). Макс Планк Назад

Герц (Hertz) Генрих 22.II.1857–1.I.1894) Немецкий физик, один из основателей электродинамики. Исходя из уравнений Максвелла, Герц в 1886–89 экспериментально доказал существование электромагнитных волн и исследовал их свойства (отражение от зеркал, преломление в призмах и т. д.). Электромагнитные волны Герц получал с помощью изобретенного им вибратора. Герц подтвердил выводы максвелловской теории о том, что скорость распространения электромагнитных волн в воздухе равна скорости света, установил тождественность основных свойств электромагнитных и световых волн. Герц изучал также распространение электромагнитных волн в проводнике и указал способ измерения скорости их распространения. Развивая теорию Максвелла, Герц придал уравнениям электродинамики симметричную форму, которая хорошо обнаруживает полную взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями. Построил электродинамику движущихся тел, исходя из гипотезы о том, что эфир увлекается движущимися телами. Однако его электродинамика оказалась в противоречии с опытом и позднее уступила место электронной теории Х. Лоренца. Работы Герца по электродинамике сыграли огромную роль в развитии науки и техники и обусловили возникновение беспроволочной телеграфии, радиосвязи, телевидения, радиолокации и т. д. В 1886–87 Герц впервые наблюдал и дал описание внешнего фотоэффекта. Герц разрабатывал теорию резонаторного контура, изучал свойства катодных лучей, исследовал влияние ультрафиолетовых лучей на электрический разряд. В ряде работ по механике дал теорию удара упругих шаров, рассчитал время соударения и т. д. Именем Герца названа единица частоты колебаний. Генрих Герц. Назад

Томсон (Thomson) Джозеф Джон (18.XII.1856–30.VIII.1940) Английский физик, член Лондонского королевского общества (с 1884, в 1915–20 – президент). В 1884–19 профессор Кембриджского университета и руководитель Кавендишской лаборатории; одновременно в 1905–18 профессор Королевского института в Лондоне. Ранние работы Томсона посвящены вычислению электромагнитного поля движущегося заряженного шара, теории вихрей, прецизионному измерению отношения абсолютных электрических единиц к электромагнитным. Занимаясь изучением газового разряда, Томсон совместно с сотрудниками выполнил серию классических работ, приведших его к открытию электрона (впервые измерил отношение заряда электрона к массе, 1897; Нобелевская премия, 1906). Томсон дал объяснение непрерывного спектра рентгеновского излучения, установил природу положительных ионов, предложил первую модель строения атома. В 1911 Томсон разработал так называемый метод парабол для измерения отношения заряда частицы к ее массе, который сыграл большую роль в исследовании изотопов. Большое значение имела научно-организационная деятельность Томсона. Возглавляемая им Кавендишская лаборатория превратилась в ведущий научно-исследовательский физический центр, в котором под его руководством работали крупнейшие английские физики (Э. Резерфорд, Ч. Вильсон, Ф. У. Астон, У. Ричардсон и др.). Будучи убежденным сторонником классической физики, Томсон придерживался гипотезы эфира. Назад