Квантовая теория электромагнитного излучения вещества. - презентация

1 Квантовая теория электромагнитного излучения вещества

2 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

3 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.

4 «Ультрафиолетовая катастрофа»

5 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:

6 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.

7 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.

8 Опыты Столетова А.Г.

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

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

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

12 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

13 Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта (закон сохранения энергии)

14 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.

15 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

16 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

17 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