Kwanty światła, efekt fotoelektryczny i realność fotonów
|
|
- Sabina Tomczyk
- 9 lat temu
- Przeglądów:
Transkrypt
1 18 Kwanty światła, efekt fotoelektryczny i realność fotonów Janusz Skalski Instytut Problemów Jądrowych im. A. Sołtana Gościnny przedruk z Delty 6/2005 W marcu 1905 r. Albert Einstein wysłał do publikacji pracę 1, którą jako jedyną w swym dorobku uznał za bardzo rewolucyjną. Zawierała taką oto ideę: [...] energia promienia światła ze źródła punktowego nie rozkłada się w sposób ciągły w powiększającej się objętości, ale składa się ze skończonej liczby kwantów energii, które są zlokalizowane w punktach przestrzeni, poruszają się bez podziału i mogą być wytwarzane lub pochłaniane tylko jako całości. Natchnieniem dla Einsteina był o pięć lat wcześniejszy pomysł Maxa Plancka. Aby wytłumaczyć obserwowany rozkład natężeń promieniowania elektromagnetycznego (EM) wysyłanego w poszczególnych zakresach częstotliwości przez ciała o stałej temperaturze, Planck musiał przyjąć niezwykłe założenie: materia pochłania i wysyła promieniowanie o częstotliwości ν tylko w porcjach kwantach o wielkości hν, gdzie h, o wymiarze [energia czas], jest stałą uniwersalną (stała Plancka). Jej doświadczalnie wyznaczona (w 1900 r.) wartość wynosiła: h 6, J s. Jako pretekst do wysunięcia śmiałej hipotezy posłużył Einsteinowi wyprowadzony przez niego przybliżony wzór na entropię promieniowania krótkofalowego. Po stwierdzeniu jego podobieństwa do wzoru dla gazu doskonałego sformułował rewolucyjną sugestię: Monochromatyczne promieniowanie małej gęstości 2 [...] zachowuje się pod względem termodynamicznym tak, jakby składało się z wzajemnie niezależnych kwantów energii o wielkości hν. [...] sugeruje to zbadanie, czy procesy wysyłania i transformacji światła nie przebiegają tak, jakby światło miało się składać z kwantów energii tego rodzaju. Następnie, posługując się tymi wyobrażeniami, przewidział prostą zależność energii elektronów wybijanych z metalu od częstotliwości padającego światła dla zjawiska fotoelektrycznego. 1 Annalen der Physik 17, 132 (1905). 2 Tzn. dla hν >> 3 kt (T temperatura, k stała Boltzmanna); przy T = 300 K oznacza to długości fal λ << 20 µm.
2 19 Zjawisko to odkrył H. Hertz (1887) w trakcie badań nad wyładowaniami iskrowymi między dwiema powierzchniami metalowymi. Zauważył, że pierwotna iskra z jednej powierzchni wytwarza wtórną iskrę na drugiej. W serii pomysłowych doświadczeń udowodnił, że wtórna iskra powodowana jest przez światło pierwszej. W. Hallwachs pokazał (1888), że oczyszczona, izolowana płytka cynkowa wystawiona na promieniowanie ultrafioletowe ładuje się dodatnio, a płytka naładowana ujemnie traci ładunek, nawet jeśli jest umieszczona w próżni. J.J. Thomson stwierdził, że fotoefekt polega na emisji elektronów: zmierzył stosunek (ładunek/masa) dla emitowanych cząstek (1897), a następnie oddzielnie wyznaczył ich ładunek (1899). J. Elster i H.F. Geitel stwierdzili w 1900 r., że prąd fotoelektryczny jest proporcjonalny do natężenia światła i powstaje natychmiast po oświetleniu metalu. Kluczowego i niespodziewanego odkrycia dokonał w 1902 roku P. Lenard, używając jako źródła światła łukowej lampy węglowej, której intensywność mógł zmieniać tysiąckrotnie. Okazało się, że energia wybijanych elektronów w ogóle nie zależy od natężenia światła, rośnie natomiast wraz z jego częstotliwością. Charakter tego wzrostu nie był znany w 1905 roku, gdy Einstein opublikował swą hipotezę. Einstein zaproponował następujące wytłumaczenie fotoefektu: jeden kwant światła, zupełnie niezależnie od pozostałych, przekazuje całą swoją energię elektronowi. Elektron wyrzucony z metalu traci pewną jej część, zanim dotrze do powierzchni. Jeśli E max oznacza energię wyrzuconego elektronu dla przypadku, gdy ta strata wynosi zero, to: E max = hν P, (*) gdzie P = hν 0 jest tzw. pracą wyjścia charakterystyczną dla metalu minimalną energią, która pozwala elektronowi opuścić jego powierzchnię, a ν 0 częstotliwością, poniżej której nie ma emisji elektronów. Zatem minimalna różnica potencjałów, powstrzymująca fotoprąd między oświetlonym metalem a innym uziemionym przewodnikiem, wynosi: V = E max /e = (h/e)(ν ν 0 ). Pomysł kwantów światła fizycy potraktowali jak naciąganą spekulację, którą był w istocie. Jego porównanie z hipotezą Plancka pokazuje, dlaczego. Planck skwantował energie promieniujących oscylatorów krok śmiały, ale dopuszczalny wobec braku danych o strukturze materii i jej oddziaływaniu z promieniowaniem. Dzięki temu opisał dotychczas niezrozumiałe dane doświadczalne. Tymczasem Einstein kwantował samo promieniowanie, czym zaprzeczał teorii Maxwella, i to w chwili, gdy odniosła ona ogromne sukcesy, tłumacząc falową naturę światła. Co więcej, w 1905 r. żadne dane nie wymagały hipotezy kwantów światła. Ówczesne
3 20 poglądy dobrze oddaje fragment opinii o Einsteinie w związku z jego kandydaturą do Pruskiej Akademii Nauk w 1913 roku 3 : To, że czasami chybiał w swych spekulacjach, jak np. w hipotezie kwantów światła, nie może być traktowane jako zbyt wielki zarzut, bo niemożliwym jest wprowadzanie nowych idei w nawet najściślejszych naukach bez podejmowania ryzyka. Natomiast sam wzór (*) szybko wzbudził zainteresowanie jako nowe, niespodziewane i proste przewidywanie dotyczące znanego zjawiska: maksymalna energia fotoelektronów powinna zależeć liniowo od częstotliwości światła, a nachylenie prostej E max (ν) powinno być, niezależnie od oświetlanego metalu, równe liczbowo znanej stałej Plancka. Doświadczalny test tej prostej zależności nie okazał się wcale prosty. Potwierdzenie zależności liniowej wymagało dostatecznie szerokiego zakresu częstotliwości praktycznie ograniczało to wybór do metali alkalicznych (są fotoczułe dla λ < c/ν 0 0,6 µm). Dokładne wyznaczenie potencjału V hamującego fotoelektrony polegało na ekstrapolacji zmierzonej zależności natężenia fotoprądu od napięcia do natężenia zerowego. Tymczasem fotoprąd potrafił zmieniać się stokrotnie pod wpływem zmian na powierzchni metalu. Inne możliwe błędy wiązały się z rozproszonym światłem o częstotliwości wyższej od używanych linii widmowych rtęci, kontaktową siłą elektromotoryczną między tarczą a metalem drugiej elektrody, wreszcie z fotoprądem z drugiej elektrody, powstającym od światła odbitego. Poświęciwszy kilka lat pracy, wszystkie te trudności pokonał R. Millikan. W 1916 r. opublikował swoje bardzo dokładne rezultaty, które potwierdziły wzór Einsteina. Błąd wyznaczonej fotoelektrycznie wartości h = 6, J s oceniał na 0,5%. Mimo tego większość fizyków nadal wątpiła w realność kwantów światła. Trwało to do 1923 r., gdy A. Compton przeprowadził eksperyment, w którym rozpraszał na graficie promienie X z molibdenowej antykatody. Zmierzone różnice końcowej i początkowej długości fali X zgadzały się ze wzorem, wynikającym z potraktowania ich jak cząstek o energii hν i pędzie hν/c: λ = (h/mc)(1 cos θ) (m masa elektronu, θ kąt rozproszenia). W 1925 roku A. Compton i A.W. Simon obserwowali odrzut elektronów w komorze mgłowej i znaleźli bezpośrednie potwierdzenie zachowania pędu w zderzeniu X elektron. Gdy w 1926 r. powstała nazwa foton 4, wbrew swemu pierwotnemu, dość mętnemu znaczeniu, błyskawicznie przyjęła się jako określenie kwantu światła, którego istnienie wydawało się potwierdzone przez efekt Comptona. 3 Autorzy: M. Planck, H.W. Nernst, H. Rubens i E. Warburg. 4 G.N. Lewis, Nature 118, 874 (1926).
4 21 Tymczasem w latach powstała mechanika kwantowa. Fizyka musiała pogodzić się z tym, że nie umie przewidzieć wyniku eksperymentu z elektronami i światłem umie jedynie wyznaczać prawdopodobieństwa wszystkich możliwych wyników. Stan elektronu charakteryzuje amplituda prawdopodobieństwa, będąca funkcją położenia i czasu. Ma ona własności ograniczonego przestrzennie impulsu falowego, a wiec ani położenie, ani pęd elektronu nie są określone dokładnie, lecz wykazują fluktuacje kwantowe 5. Gdy elektron o początkowej energii E p znajduje się w zmiennym polu elektrycznym o częstotliwości ν, to po kilku okresach drgań pola pojawia się nowa składowa amplitudy elektronu. Jest ona proporcjonalna do amplitudy pola E r i odpowiada energii E k = E p + hν. Oznacza to, że niemal natychmiast po oświetleniu elektron może zwiększyć swą energię o hν, z prawdopodobieństwem na jednostkę czasu proporcjonalnym do E r 2, tzn. do natężenia światła. Równanie Einsteina (*) wynika więc z kwantowej natury elektronów przy ich oddziaływaniu z klasycznym promieniowaniem. Także inne cechy fotoefektu, takie jak kierunek fotoprądu, otrzymano bez hipotezy Einsteina (G. Wentzel, 1927 r.). W tym samym roku E. Schrödinger opisał efekt Comptona, używając amplitud elektronu i klasycznych płaskich fal EM. Fotony nabrały konkretnego sensu w 1927 roku, gdy P.A.M. Dirac przedstawił kwantową teorię promieniowania. Po około 20 latach usuwania z niej sprzeczności stała się ona, jako elektrodynamika kwantowa, podstawową teorią oddziaływań EM. Fotony rozpowszechniły się na stronach monografii naukowych i podręczników szkolnych. Czy pomagają zrozumieć fizykę promieniowania? Większość zjawisk elektrooptycznych, poza zjawiskiem fotoelektrycznym także emisja wymuszona (maser, laser), fluorescencja rezonansowa itd., daje się pojąć, gdy traktuje się materię kwantowo, a pole EM klasycznie. Obraz punktowego kwantu światła może nawet utrudniać zrozumienie klasycznych zjawisk interferencji i dyfrakcji, które najłatwiej tłumaczą się przez klasyczne stany pola, opisywane równaniami Maxwella. Jednak według teorii kwantowej amplitudy pola elektrycznego E r i magnetycznego B r monochromatycznej fali EM nie są dokładnie określone, ale, podobnie jak położenie i pęd cząstki, wykazują fluktuacje kwantowe E r i B r. W klasycznych stanach pola EM, zawierających nieokreśloną liczbę fotonów, te fluktuacje są małe w porównaniu ze średnimi wartościami E r i B r. Kwantowa natura promieniowania uwydatnia się tam, gdzie fluktuacje pola EM dominują wobec zerowania się średnich E r i B r. Przykładem są stany fotonowe, w których światło jest spontanicznie emitowane przez wzbudzone atomy i jądra atomowe. Przy emisji spontanicznej obserwuje się odrzut atomu (jądra) równoważący pęd fotonu hν/c, sprzeczny z teorią Maxwella. Fluktuacje pola elektrycznego 5 Fluktuacje te spełniają zasadę Heisenberga: x p h/4π.
5 22 E r występują nawet w stanie bez żadnych fotonów. Powodują rozszczepienie poziomów 2s 1/2 i 2p 1/2 atomu wodoru o ν = 1057 MHz (tzw. przesunięcie Lamba). Podobne źródło ma anomalny moment magnetyczny elektronu. Eksperymenty, w których mierzy się korelacje między detektorami światła przy bardzo słabych źródłach, dowodzą, wbrew teorii klasycznej, że fotonu wysłanego przez jeden atom nie da się zarejestrować w dwóch detektorach. Pozwalają też w końcu stwierdzić, że foton zapewnia zachowanie energii w zjawisku fotoelektrycznym: energia fotoelektronu zarejestrowanego po krótkim czasie oświetlania t bywa większa od klasycznej energii padającego światła: E = ε 0 E r 2 Sct (S powierzchnia detektora). Fotony nie są tym samym co kwanty światła z 1905 r.: nie są punktowe, bo ich rozciągłość przestrzenna wynika z warunków brzegowych, np. rozmiarów wnęki rezonansowej lub czasu życia stanów atomowych (rzędu 10 8 s); nie są niezależne, ponieważ np. w równowadze termodynamicznej podlegają statystyce Bosego; nie są podobne do gazu doskonałego, ich liczba nie jest bowiem ustalona itd. Pomimo tego spekulatywna hipoteza kwantów światła pozostaje świadectwem wyjątkowej intuicji fizycznej Einsteina, który trafnie odgadł, że poprawna teoria wymaga oddziaływania kwantowego światła z kwantowymi promieniującymi oscylatorami.
Kwantowa natura promieniowania
Kwantowa natura promieniowania Promieniowanie ciała doskonale czarnego Ciało doskonale czarne ciało, które absorbuje całe padające na nie promieniowanie bez względu na częstotliwość. Promieniowanie ciała
ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE. Edyta Karpicka WPPT/FT/Optometria
ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE Edyta Karpicka 150866 WPPT/FT/Optometria Plan prezentacji 1. Historia odkrycia zjawiska fotoelektrycznego 2. Badanie zjawiska fotoelektrycznego 3. Maksymalna energia kinetyczna
Rozładowanie promieniowaniem nadfioletowym elektroskopu naładowanego ujemnie, do którego przymocowana jest płytka cynkowa
Pokazy Rozładowanie promieniowaniem nadfioletowym elektroskopu naładowanego ujemnie, do którego przymocowana jest płytka cynkowa Zjawisko fotoelektryczne Zjawisko fotoelektryczne polega na tym, że w wyniku
Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła
W- (Jaroszewicz) 19 slajdów Na podstawie prezentacji prof. J. Rutkowskiego Fizyka kwantowa promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne kwantyzacja światła efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy
Światło fala, czy strumień cząstek?
1 Światło fala, czy strumień cząstek? Teoria falowa wyjaśnia: Odbicie Załamanie Interferencję Dyfrakcję Polaryzację Efekt fotoelektryczny Efekt Comptona Teoria korpuskularna wyjaśnia: Odbicie Załamanie
Początek XX wieku. Dualizm korpuskularno - falowy
Początek XX wieku Światło: fala czy cząstka? Kwantowanie energii promieniowania termicznego postulat Plancka efekt fotoelektryczny efekt Comptona Fale materii de Broglie a Dualizm korpuskularno - falowy
Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.
Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne. DUALIZM ŚWIATŁA fala interferencja, dyfrakcja, polaryzacja,... kwant, foton promieniowanie ciała doskonale
Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.
1 Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury. natężenie natężenie teoria klasyczna wynik eksperymentu
III. EFEKT COMPTONA (1923)
III. EFEKT COMPTONA (1923) Zjawisko zmiany długości fali promieniowania roentgenowskiego rozpraszanego na swobodnych elektronach. Zjawisko to stoi u podstaw mechaniki kwantowej. III.1. EFEKT COMPTONA Rys.III.1.
Wykład FIZYKA II. 11. Optyka kwantowa. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Wykład FIZYKA II 11. Optyka kwantowa Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/ FIZYKA KLASYCZNA A FIZYKA WSPÓŁCZESNA Fizyka klasyczna
Wykład 7 Kwantowe własności promieniowania
Wykład 7 Kwantowe własności promieniowania zdolność absorpcyjna, zdolność emisyjna, prawo Kirchhoffa, prawo Stefana-Boltzmana, prawo Wiena, postulaty Plancka, zjawisko fotoelektryczne, efekt Comptona W7.
Podstawy fizyki kwantowej
Podstawy fizyki kwantowej Fizyka kwantowa - co to jest? Światło to fala czy cząstka? promieniowanie termiczne efekt fotoelektryczny efekt Comptona fale materii de Broglie a równanie Schrodingera podstawa
Tak określił mechanikę kwantową laureat nagrody Nobla Ryszard Feynman ( ) mechanika kwantowa opisuje naturę w sposób prawdziwy, jako absurd.
Tak określił mechanikę kwantową laureat nagrody Nobla Ryszard Feynman (1918-1988) mechanika kwantowa opisuje naturę w sposób prawdziwy, jako absurd. Równocześnie Feynman podkreślił, że obliczenia mechaniki
Podstawy fizyki kwantowej
Podstawy fizyki kwantowej Fizyka kwantowa - co to jest? Światło to fala czy cząstka? promieniowanie termiczne efekt fotoelektryczny efekt Comptona fale materii de Broglie a równanie Schrodingera podstawa
OPTYKA. Leszek Błaszkieiwcz
OPTYKA Leszek Błaszkieiwcz Ojcem optyki jest Witelon (1230-1314) Zjawisko odbicia fal promień odbity normalna promień padający Leszek Błaszkieiwcz Rys. Zjawisko załamania fal normalna promień padający
Efekt fotoelektryczny
Ćwiczenie 82 Efekt fotoelektryczny Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest obserwacja efektu fotoelektrycznego: wybijania elektronów z metalu przez światło o różnej częstości (barwie). Pomiar energii kinetycznej
Fizyka współczesna. Pracownia dydaktyki fizyki. Instrukcja dla studentów. Tematy ćwiczeń
Pracownia dydaktyki fizyki Fizyka współczesna Instrukcja dla studentów Tematy ćwiczeń I. Wyznaczanie stałej Plancka z wykorzystaniem zjawiska fotoelektrycznego II. Wyznaczanie stosunku e/m I. Wyznaczanie
Falowa natura materii
r. akad. 2012/2013 wykład I - II Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich Falowa natura materii 1 r. akad. 2012/2013 Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich Warunki zaliczenia: Aby uzyskać dopuszczenie
Modele atomu wodoru. Modele atomu wodoru Thomson'a Rutherford'a Bohr'a
Modele atomu wodoru Modele atomu wodoru Thomson'a Rutherford'a Bohr'a Demokryt: V w. p.n.e najmniejszy, niepodzielny metodami chemicznymi składnik materii. atomos - niepodzielny Co to jest atom? trochę
Rysunek 3-19 Model ciała doskonale czarnego
3.4. Początki teorii kwantów narodziny fizyki kwantowej Od czasów sformułowania przez Isaaca Newtona zasad mechaniki klasycznej teoria ta stała się podstawą wszystkich nowopowstałych atomistycznych modeli
Podstawy fizyki kwantowej
Podstawy fizyki kwantowej Fizyka kwantowa - co to jest? Światło to fala czy cząstka? promieniowanie termiczne efekt fotoelektryczny efekt Comptona fale materii de Broglie a równanie Schrodingera podstawa
Chemia ogólna - część I: Atomy i cząsteczki
dr ab. Wacław Makowski Cemia ogólna - część I: Atomy i cząsteczki 1. Kwantowanie. Atom wodoru 3. Atomy wieloelektronowe 4. Termy atomowe 5. Cząsteczki dwuatomowe 6. Hybrydyzacja 7. Orbitale zdelokalizowane
Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X
Promieniowanie X Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X Lampa rentgenowska Lampa rentgenowska Promieniowanie rentgenowskie
Podstawy fizyki kwantowej. Nikt nie rozumie fizyki kwantowej R. Feynman, laureat Nobla z fizyki
Podstawy fizyki kwantowej Nikt nie rozumie fizyki kwantowej R. Feynman, laureat Nobla z fizyki Podstawy fizyki kwantowej Fizyka kwantowa - co to jest? Światło to fala czy cząstka? promieniowanie termiczne
ZJAWISKA KWANTOWO-OPTYCZNE
ZJAWISKA KWANTOWO-OPTYCZNE Źródła światła Prawo promieniowania Kirchhoffa Ciało doskonale czarne Promieniowanie ciała doskonale czarnego Prawo promieniowania Plancka Prawo Stefana-Boltzmanna Prawo przesunięć
Optyka kwantowa wprowadzenie. Początki modelu fotonowego Detekcja pojedynczych fotonów Podstawowe zagadnienia optyki kwantowej
Optyka kwantowa wprowadzenie Początki modelu fotonowego Detekcja pojedynczych fotonów Podstawowe zagadnienia optyki kwantowej Krótka (pre-)historia fotonu (1900-1923) Własności światła i jego oddziaływania
I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE
I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE - lata '90 XIX wieku WSTĘP Widmo promieniowania elektromagnetycznego zakres "pokrycia" różnymi rodzajami fal elektromagnetycznych promieniowania zawartego w danej wiązce. rys.i.1.
Promieniowanie cieplne ciał.
Wypromieniowanie fal elektromagnetycznych przez ciała Promieniowanie cieplne (termiczne) Luminescencja Chemiluminescencja Elektroluminescencja Katodoluminescencja Fotoluminescencja Emitowanie fal elektromagnetycznych
Wykład 14. Termodynamika gazu fotnonowego
Wykład 14 Termodynamika gazu fotnonowego dr hab. Agata Fronczak, prof. PW Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska 16 stycznia 217 dr hab. A. Fronczak (Wydział Fizyki PW) Wykład: Elementy fizyki statystycznej
Wykład 18: Elementy fizyki współczesnej -2
Wykład 18: Elementy fizyki współczesnej - Dr inż. Zbigniew Szklarski Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok.31 szkla@agh.edu.pl http://layer.uci.agh.edu.pl/z.szklarski/ 1 Efekt fotoelektryczny 1887 Hertz;
Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach
Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach Efekt Comptona. p f Θ foton elektron p f p e 0 p e Zderzenia fotonów
39 DUALIZM KORPUSKULARNO FALOWY.
Włodzimierz Wolczyński 39 DUALIZM KORPUSKULARNO FALOWY. ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE. FALE DE BROGILE Fale radiowe Fale radiowe ultrakrótkie Mikrofale Podczerwień IR Światło Ultrafiolet UV Promienie X (Rentgena)
Spis treści. 1. Wstęp... 17. 2. Masa i rozmiary atomu... 21. 3. Izotopy... 45. Przedmowa do wydania szóstego... 13
5 Spis treści Przedmowa do wydania szóstego........................................ 13 Przedmowa do wydania czwartego....................................... 14 Przedmowa do wydania pierwszego.......................................
WFiIS. Wstęp teoretyczny:
WFiIS PRACOWNIA FIZYCZNA I i II Imię i nazwisko: 1. 2. TEMAT: ROK GRUPA ZESPÓŁ NR ĆWICZENIA Data wykonania: Data oddania: Zwrot do poprawy: Data oddania: Data zliczenia: OCENA Cel ćwiczenia: Wyznaczenie
Elementy optyki kwantowej. Ciało doskonale czarne. Teoria Wiena. Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż. Ireneusz Owczarek
Elementy optyki kwantowej dr inż. Ireneusz Owczarek CNMiF PŁ ireneusz.owczarek@p.lodz.pl http://cmf.p.lodz.pl/iowczarek 1 dr inż. Ireneusz Owczarek Elementy optyki kwantowej Ciało doskonale czarne Rozkład
Plan Zajęć. Ćwiczenia rachunkowe
Plan Zajęć 1. Termodynamika, 2. Grawitacja, Kolokwium I 3. Elektrostatyka + prąd 4. Pole Elektro-Magnetyczne Kolokwium II 5. Zjawiska falowe 6. Fizyka Jądrowa + niepewność pomiaru Kolokwium III Egzamin
II. KWANTY A ELEKTRONY
II. KWANTY A ELEKTRONY II.1. PROMIENIE KATODOWE Promienie katodowe są przyczyną fluorescencji. Odegrały one bardzo ważną rolę w odkryciu elektronów. Skład promieniowania katodowego stanowią cząstki elektrycznie
Podstawy fizyki kwantowej i budowy materii
Podstawy fizyki kwantowej i budowy materii prof. dr hab. Aleksander Filip Żarnecki Zakład Cząstek i Oddziaływań Fundamentalnych Instytut Fizyki Doświadczalnej Wykład 3 17 października 2016 A.F.Żarnecki
BADANIE EFEKTU FOTOELEKTRYCZNEGO ZEWNĘTRZNEGO
Politechnika Warszawska Wydział Fizyki Laboratorium Fizyki I P Jerzy Politechnika Filipowicz Warszawska Wydział Fizyki Laboratorium Fizyki I P Jerzy Filipowicz BADANIE EFEKTU FOTOELEKTRYCZNEGO ZEWNĘTRZNEGO
Stałe : h=6, Js h= 4, eVs 1eV= J nie zależy
T_atom-All 1 Nazwisko i imię klasa Stałe : h=6,626 10 34 Js h= 4,14 10 15 evs 1eV=1.60217657 10-19 J Zaznacz zjawiska świadczące o falowej naturze światła a) zjawisko fotoelektryczne b) interferencja c)
Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 3, 20.02.2012. Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek
Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej wykład 3, 20.02.2012 wykład: pokazy: ćwiczenia: Czesław Radzewicz Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek Ernest Grodner Wykład 2 - przypomnienie
Metody analizy pierwiastków z zastosowaniem wtórnego promieniowania rentgenowskiego. XRF, SRIXE, PIXE, SEM (EPMA)
Metody analizy pierwiastków z zastosowaniem wtórnego promieniowania rentgenowskiego. XRF, SRIXE, PIXE, SEM (EPMA) Promieniowaniem X nazywa się promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od około
Podstawy fizyki kwantowej
Podstawy fizyki kwantowej Światło to fala czy cząstka? promieniowanie termiczne efekt fotoelektryczny efekt Comptona Fizyka kwantowa - po co? Jeśli chcemy badać zjawiska, które zachodzą w skali mikro -
Wykład Budowa atomu 1
Wykład 30. 11. 2016 Budowa atomu 1 O atomach Trochę historii i wprowadzenie w temat Promieniowanie i widma Doświadczenie Rutherforda i odkrycie jądra atomowego Model atomu wodoru Bohra sukcesy i ograniczenia
Modele atomu wodoru. Modele atomu wodoru Thomson'a Rutherford'a Bohr'a
Modele atomu wodoru Modele atomu wodoru Thomson'a Rutherford'a Bohr'a Demokryt: V w. p.n.e najmniejszy, niepodzielny metodami chemicznymi składnik materii. atomos - niepodzielny Co to jest atom? trochę
Fizyka 3.3 WYKŁAD II
Fizyka 3.3 WYKŁAD II Promieniowanie elektromagnetyczne Dualizm korpuskularno-falowy światła Fala elektromagnetyczna Strumień fotonów o energii E F : E F = hc λ c = 3 10 8 m/s h = 6. 63 10 34 J s Światło
Pole elektromagnetyczne. Równania Maxwella
Pole elektromagnetyczne (na podstawie Wikipedii) Pole elektromagnetyczne - pole fizyczne, za pośrednictwem którego następuje wzajemne oddziaływanie obiektów fizycznych o właściwościach elektrycznych i
Problemy fizyki początku XX wieku
Mechanika kwantowa Problemy fizyki początku XX wieku Promieniowanie ciała doskonale czarnego Ciałem doskonale czarnym nazywamy ciało całkowicie pochłaniające na nie promieniowanie elektromagnetyczne, niezależnie
Światło ma podwójną naturę:
Światło ma podwójną naturę: przejawia własności fal i cząstek W. C. Roentgen ( Nobel 1901) Istnieje ciągłe przejście pomiędzy tymi własnościami wzdłuż spektrum fal elektromagnetycznych Dla niskich częstości
Wielcy rewolucjoniści nauki
Isaak Newton Wilhelm Roentgen Albert Einstein Max Planck Wielcy rewolucjoniści nauki Erwin Schrödinger Werner Heisenberg Niels Bohr dr inż. Romuald Kędzierski W swoim słynnym dziele Matematyczne podstawy
Stara i nowa teoria kwantowa
Stara i nowa teoria kwantowa Braki teorii Bohra: - podane jedynie położenia linii, brak natężeń -nie tłumaczy ilości elektronów na poszczególnych orbitach - model działa gorzej dla atomów z więcej niż
Fale materii. gdzie h= 6.6 10-34 J s jest stałą Plancka.
Fale materii 194- Louis de Broglie teoria fal materii, 199- nagroda Nobla Hipoteza de Broglie głosi, że dwoiste korpuskularno falowe zachowanie jest cechą nie tylko promieniowania, lecz również materii.
Atomowa budowa materii
Atomowa budowa materii Wszystkie obiekty materialne zbudowane są z tych samych elementów cząstek elementarnych Cząstki elementarne oddziałują tylko kilkoma sposobami oddziaływania wymieniając kwanty pól
Fizyka 2. Janusz Andrzejewski
Fizyka 2 wykład 14 Janusz Andrzejewski Atom wodoru Wczesne modele atomu -W czasach Newtona atom uważany była za małą twardą kulkę co dość dobrze sprawdzało się w rozważaniach dotyczących kinetycznej teorii
Falowa natura materii
r. akad. 2012/2013 wykład I - II Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich Falowa natura materii 1 r. akad. 2012/2013 Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich Warunki zaliczenia: Aby uzyskać dopuszczenie
III.3 Emisja wymuszona. Lasery
III.3 Emisja wymuszona. Lasery 1. Wyprowadzenie wzoru Plancka metodą Einsteina. Emisja wymuszona 2. Koherencja ciągów falowych. Laser jako źródło koherentnego promieniowania e-m 3. Zasada działania lasera.
Oddziaływanie cząstek z materią
Oddziaływanie cząstek z materią Trzy główne typy mechanizmów reprezentowane przez Ciężkie cząstki naładowane (cięższe od elektronów) Elektrony Kwanty gamma Ciężkie cząstki naładowane (miony, p, cząstki
BADANIE ZEWNĘTRZNEGO ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO
ĆWICZENIE 91 BADANIE ZEWNĘTRZNEGO ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO Cel ćwiczenia: Wyznaczenie charakterystyki prądowo napięciowej I(U) fotokomórki w zależności od wartości strumienia promieniowania padającego;
Efekt fotoelektryczny. 18 października 2017
Efekt fotoelektryczny 18 października 2017 Treść wykładu Promieniowanie ciała doskonale czarnego wzór Plancka Efektu fotoelektryczny foton (kwant światła) promieniowanie termiczne fakt znany od wieków:
Treści nauczania (program rozszerzony)- 25 spotkań po 4 godziny lekcyjne
(program rozszerzony)- 25 spotkań po 4 godziny lekcyjne 1, 2, 3- Kinematyka 1 Pomiary w fizyce i wzorce pomiarowe 12.1 2 Wstęp do analizy danych pomiarowych 12.6 3 Jak opisać położenie ciała 1.1 4 Opis
Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).
Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków). 1925r. postulat Pauliego: Na jednej orbicie może znajdować się nie więcej
Termodynamika. Część 11. Układ wielki kanoniczny Statystyki kwantowe Gaz fotonowy Ruchy Browna. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ
Termodynamika Część 11 Układ wielki kanoniczny Statystyki kwantowe Gaz fotonowy Ruchy Browna Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ Układ otwarty rozkład wielki kanoniczny Rozważamy układ w równowadze termicznej
Optyka falowa. Optyka falowa zajmuje się opisem zjawisk wynikających z falowej natury światła
Optyka falowa Optyka falowa zajmuje się opisem zjawisk wynikających z falowej natury światła Optyka falowa Fizjologiczne, fotochemiczne, fotoelektryczne działanie światła wywołane jest drganiami wektora
Wykład 32. ciało doskonale czarne T = 2000 K. wolfram T = 2000 K
Wykład 32 32. Światło a fizyka kwantowa 32.1 Źródła światła Najbardziej znanymi źródłami światła są rozgrzane ciała stałe i gazy, w których zachodzi wyładowanie elektryczne; np. wolframowe włókna żarówek
Rozdział 1. Światło a fizyka kwantowa
Rozdział 1. Światło a fizyka kwantowa 2016 Spis treści Promieniowanie termiczne Ciało doskonale czarne Teoria promieniowania we wnęce, prawo Plancka Zastosowanie prawa Plancka w termometrii Zjawisko fotoelektryczne
Niższy wiersz tabeli służy do wpisywania odpowiedzi poprawionych; odpowiedź błędną należy skreślić. a b c d a b c d a b c d a b c d
Jak rozwiązać test? Każde pytanie ma podane cztery możliwe odpowiedzi oznaczone jako a, b, c, d. Należy wskazać czy dana odpowiedź, w świetle zadanego pytania, jest prawdziwa czy fałszywa, lub zrezygnować
Podstawy fizyki sezon Dualizm światła i materii
Podstawy fizyki sezon 2 10. Dualizm światła i materii Agnieszka Obłąkowska-Mucha AGH, WFIiS, Katedra Oddziaływań i Detekcji Cząstek, D11, pok. 111 amucha@agh.edu.pl http://home.agh.edu.pl/~amucha W poprzednim
n n 1 2 = exp( ε ε ) 1 / kt = exp( hν / kt) (23) 2 to wzór (22) przejdzie w następującą równość: ρ (ν) = B B A / B 2 1 hν exp( ) 1 kt (24)
n n 1 2 = exp( ε ε ) 1 / kt = exp( hν / kt) (23) 2 to wzór (22) przejdzie w następującą równość: ρ (ν) = B B A 1 2 / B hν exp( ) 1 kt (24) Powyższe równanie określające gęstość widmową energii promieniowania
PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ
PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ De Broglie, na podstawie analogii optycznych, w roku 194 wysunął hipotezę, że cząstki materialne także charakteryzują się dualizmem korpuskularno-falowym. Hipoteza de Broglie
Foton, kwant światła. w klasycznym opisie świata, światło jest falą sinusoidalną o częstości n równej: c gdzie: c prędkość światła, długość fali św.
Foton, kwant światła Wielkość fizyczna jest skwantowana jeśli istnieje w pewnych minimalnych (elementarnych) porcjach lub ich całkowitych wielokrotnościach w klasycznym opisie świata, światło jest falą
FIZYKA Podręcznik: Fizyka i astronomia dla każdego pod red. Barbary Sagnowskiej, wyd. ZamKor.
DKOS-5002-2\04 Anna Basza-Szuland FIZYKA Podręcznik: Fizyka i astronomia dla każdego pod red. Barbary Sagnowskiej, wyd. ZamKor. WYMAGANIA NA OCENĘ DOPUSZCZAJĄCĄ DLA REALIZOWANYCH TREŚCI PROGRAMOWYCH Kinematyka
OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki
OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki c Adam Bechler 2006 Instytut Fizyki Uniwersytetu Szczecińskiego Rezonansowe oddziaływanie układu atomowego z promieniowaniem "! "!! # $%&'()*+,-./-(01+'2'34'*5%.25%&+)*-(6
Fizyka klasyczna i kwantowa. Krótka historia fizyki.
Fizyka klasyczna i kwantowa. Krótka historia fizyki. Pod koniec XIX wieku fizycy byli bardzo dumni z rozwoju teorii fizycznych i nic nie wskazywało na przełomowe odkrycia które nastąpiły. Tylko nieliczne
FALOWA I KWANTOWA HASŁO :. 1 F O T O N 2 Ś W I A T Ł O 3 E A I N S T E I N 4 D Ł U G O Ś C I 5 E N E R G I A 6 P L A N C K A 7 E L E K T R O N
OPTYKA FALOWA I KWANTOWA 1 F O T O N 2 Ś W I A T Ł O 3 E A I N S T E I N 4 D Ł U G O Ś C I 5 E N E R G I A 6 P L A N C K A 7 E L E K T R O N 8 D Y F R A K C Y J N A 9 K W A N T O W A 10 M I R A Ż 11 P
FOTOKOMÓRKA. CHARAKTERYSTYKI STATYCZNE FOTOKOMÓRKI PRÓŻNIOWEJ
FOTOKOMÓRKA. CHARAKTERYSTYKI STATYCZNE FOTOKOMÓRKI PRÓŻNIOWEJ I. Cel ćwiczenia: wyznaczenie charakterystyk statycznych fotokomórki, potencjału hamowania, wartości liczbowej stałej Plancka. II. Przyrządy:
Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017
Optyka Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Fale elektromagnetyczne Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017 Wykład V Krzysztof Golec-Biernat Optyka 1 / 17 Plan Swobodne równania Maxwella Fale elektromagnetyczne
Wczesne modele atomu
Wczesne modele atomu Wczesne modele atomu Demokryt (400 p.n.e.) Grecki filozof Demokryt rozpoczął poszukiwania opisu materii około 2400 lat temu. Postawił pytanie: Czy materia może być podzielona na mniejsze
Podstawy fizyki wykład 3
D. Halliday, R. Resnick, J.Walker: Podstawy Fizyki, tom 5, PWN, Warszawa 2003. H. D. Young, R. A. Freedman, Sear s & Zemansky s University Physics with Modern Physics, Addison-Wesley Publishing Company,
Fizyka. dr Bohdan Bieg p. 36A. wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe
Fizyka dr Bohdan Bieg p. 36A wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe Literatura Raymond A. Serway, John W. Jewett, Jr. Physics for Scientists and Engineers, Cengage Learning D. Halliday, D.
Widmo fal elektromagnetycznych
Czym są fale elektromagnetyczne? Widmo fal elektromagnetycznych dr inż. Romuald Kędzierski Podstawowe pojęcia związane z falami - przypomnienie pole falowe część przestrzeni objęta w danej chwili falą
Na kilku przykładach pokazano, że stosowanie matematyki do zjawisk, których istota nie jest znana, może zaprowadzić fizykę w ślepy zaułek.
JAK MATEMATYKA PROWADZI FIZYKĘ NA MANOWCE. STRESZCZENIE Na kilku przykładach pokazano, że stosowanie matematyki do zjawisk, których istota nie jest znana, może zaprowadzić fizykę w ślepy zaułek. Arystoteles
Czym jest prąd elektryczny
Prąd elektryczny Ruch elektronów w przewodniku Wektor gęstości prądu Przewodność elektryczna Prawo Ohma Klasyczny model przewodnictwa w metalach Zależność przewodności/oporności od temperatury dla metali,
Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika
Fizyka 3 Konsultacje: p. 329, Mechatronika marzan@mech.pw.edu.pl Zaliczenie: 2 sprawdziany (10 pkt każdy) lub egzamin (2 części po 10 punktów) 10.1 12 3.0 12.1 14 3.5 14.1 16 4.0 16.1 18 4.5 18.1 20 5.0
Wykłady z Fizyki. Kwanty
Wykłady z Fizyki 10 Kwanty Zbigniew Osiak OZ ACZE IA B notka biograficzna C ciekawostka D propozycja wykonania doświadczenia H informacja dotycząca historii fizyki I adres strony internetowej K komentarz
Pomiar energii wiązania deuteronu. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii wiązania deuteronu
J1 Pomiar energii wiązania deuteronu Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii wiązania deuteronu Przygotowanie: 1) Model deuteronu. Własności deuteronu jako źródło informacji o siłach jądrowych [4] ) Oddziaływanie
SCENARIUSZ LEKCJI. Streszczenie. Czas realizacji. Podstawa programowa. Cele kształcenia wymagania ogólne:
SCENARIUSZ LEKCJI OPRACOWANY W RAMACH PROJEKTU: INFORMATYKA MÓJ SPOSÓB NA POZNANIE I OPISANIE ŚWIATA. PROGRAM NAUCZANIA INFORMATYKI Z ELEMENTAMI PRZEDMIOTÓW MATEMATYCZNO-PRZYRODNICZYCH Autorzy scenariusza:
PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ
PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ Za dzień narodzenia mechaniki kwantowej jest uważany 14 grudnia roku 1900. Tego dnia, na posiedzeniu Niemieckiego Towarzystwa Fizycznego w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Berlińskiego
Wykład 9. Źródła nauki współczesnej teoria atomu, mechanika relatywistyczna i teoria kwantów
Wykład 9 Źródła nauki współczesnej teoria atomu, mechanika relatywistyczna i teoria kwantów 1 Przełom wieków i nauka skończona Kiedy rozpoczynałem studia fizyczne i u mego czcigodnego nauczyciela Philippa
Kwantowa teoria promieniowania
Rozdział 3 Kwantowa teoria promieniowania 3.1 Zjawisko fotoelektryczne 3.1.1 Kwanty promieniowania Szereg faktów doświadczalnych wskazuje, że promieniowanie elektromagnetyczne, w szczególności światło,
p.n.e. Demokryt z Abdery. Wszystko jest zbudowane z niewidzialnych cząstek - atomów (atomos ->niepodzielny)
O atomie 460-370 p.n.e. Demokryt z Abdery Wszystko jest zbudowane z niewidzialnych cząstek - atomów (atomos ->niepodzielny) 1808 John Dalton teoria atomistyczna 1. Pierwiastki składają się z małych, niepodzielnych
h λ= mv h - stała Plancka (4.14x10-15 ev s)
Twórcy podstaw optyki elektronowej: De Broglie LV. 1924 hipoteza: każde ciało poruszające się ma przyporządkowaną falę a jej długość jest ilorazem stałej Plancka i pędu. Elektrony powinny więc mieć naturę
Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika
Fizyka 3 Konsultacje: p. 39, Mechatronika marzan@mech.pw.edu.pl Zaliczenie: 1 sprawdzian 30 pkt 15.1 18 3.0 18.1 1 3.5 1.1 4 4.0 4.1 7 4.5 7.1 30 5.0 http:\\adam.mech.pw.edu.pl\~marzan Program: - elementy
Nadprzewodniki. W takich materiałach kiedy nastąpi przepływ prądu może on płynąć nawet bez przyłożonego napięcia przez długi czas! )Ba 2. Tl 0.2.
Nadprzewodniki Pewna klasa materiałów wykazuje prawie zerową oporność (R=0) poniżej pewnej temperatury zwanej temperaturą krytyczną T c Większość przewodników wykazuje nadprzewodnictwo dopiero w temperaturze
BADANIE FOTOPOWIELACZA
Ćwiczenie 6 BADANIE FOTOPOWIELACZA 19.1. Wiadomości ogólne Fotopowielacz elektronowy jest urządzeniem, w którym wykorzystano zjawisko zewnętrznej fotoemisji elektronów oraz emisji wtórnej elektronów. Fotoemisję
Ćwiczenie nr 5 Doświadczenie Franka-Hertza. Pomiar energii wzbudzenia atomów neonu.
Ćwiczenie nr 5 Doświadczenie Franka-Hertza. Pomiar energii wzbudzenia atomów neonu. A. Opis zagadnienia I. Doświadczenie Franka-Hertza W 1914 roku James Franck i Gustav Hertz przeprowadzili doświadczenie,
Spis treści. Tom 1 Przedmowa do wydania polskiego 13. Przedmowa 15. Wstęp 19
Spis treści Tom 1 Przedmowa do wydania polskiego 13 Przedmowa 15 1 Wstęp 19 1.1. Istota fizyki.......... 1 9 1.2. Jednostki........... 2 1 1.3. Analiza wymiarowa......... 2 3 1.4. Dokładność w fizyce.........
Wykład Budowa atomu 2
Wykład 7.12.2016 Budowa atomu 2 O atomach cd Model Bohra podsumowanie Serie widmowe O czym nie mówi model Bohra Wzbudzenie, emisja, absorpcja O liniach widmowych Kwantowomechaniczny model atomu sformułowanie
NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dr Marcin Lipowczan
NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dr Marcin Lipowczan Spis zagadnień Fizyczne podstawy zjawiska NMR Parametry widma NMR Procesy relaksacji jądrowej Metody obrazowania Fizyczne podstawy NMR Proton, neutron,
Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym i elektrycznym
Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym i elektrycznym 1. Kwantowanie przestrzenne momentów magnetycznych i rezonans spinowy 2. Efekt Zeemana (normalny i anomalny) oraz zjawisko Paschena-Backa 3. Efekt Starka
ZESTAW PYTAŃ I ZAGADNIEŃ NA EGZAMIN Z FIZYKI sem /13
1 ZESTAW PYTAŃ I ZAGADNIEŃ NA EGZAMIN Z FIZYKI sem. 2 2012/13 Ruch falowy 1. Co to jest fala mechaniczna? Podaj warunki niezbędne do zaobserwowania rozchodzenia się fali mechanicznej. 2. Jaka wielkość