Kwantowa natura promieniowania
Promieniowanie ciała doskonale czarnego Ciało doskonale czarne ciało, które absorbuje całe padające na nie promieniowanie bez względu na częstotliwość.
Promieniowanie ciała doskonale czarnego Gęstość energii określona jest jako energia zawarta w jednostce objętości wnęki przy zadanej temperaturze T, w przedziale częstotliwości od do + d. Rayleigh i Jeans przyjęli, że średnia energia fali stojącej jest niezależna od częstotliwości i wynosi E = kt (zasada ekwipartycji energii). Wzór Rayleigha-Jeansa
Katastrofa w nadfiolecie Całkowita gęstość energii promieniowania - całka po całym zakresie częstotliwości: Niemożliwe!
Wzór Plancka Promieniowanie emitowane w porcjach przez oscylatory, których energia: Najmniejsza energia kwantu: Średnia energia oscylatora: Dla małych : Dla wielkich : E kt E 0
Wzór Plancka Gęstość energii promieniowania: czynnik wyrażający prawdopodobieństwo występowania danej częstotliwości w widmie promieniowania h 6,62606876( 52 ) 10 34 J 2 h 34 1,054571596( 82 ) 10 J
Gęstość energii Promieniowanie ciała doskonale czarnego 4 3,5 3 T = 1000K max T const 2,5 2 1,5 T = 800K 1 0,5 T = 600K 0 0 0,000005 0,00001 0,000015 0,00002 0,000025 0,00003 0,000035 0,00004 max (m) Widmo promieniowania ciała doskonale czarnego o różnych temperaturach.
Promieniowanie ciała doskonale czarnego Całkowita gęstość energii promieniowania ciała doskonale czarnego: u 0 8hc 5 e d hc kt 1 a T 4 Prawo Stefana-Boltzmanna Energia fotonu: E hc Liczba fotonów dn w jednostce objętości w zakresie długości fal od do +d wynosi: dn du hc 8 4 e d hc kt 1
Promieniowanie ciała doskonale czarnego Całkowita liczba fotonów na jednostkę objętości wynosi: N 0 dn 20,28 T 3 fotony 3 cm A średnia energia fotonu: E u N cons T Ze spadkiem temperatury maleje średnia energia fotonów.
Skwantowany oscylator harmoniczny Kwantowanie dotyczy wszelkich obiektów fizycznych o jednym stopniu swobody, które wykonują proste drgania harmoniczne. Energia całkowita oscylatora jest wielokrotnością h
fotoemisja elektronów światło (fala?) elektrony emisja elektronów z metali pod wpływem padającego światła (Heinrich Hertz 1887) metal
zjawisko fotoelektryczne U światło ma Philippe Lenard: próżnia (przewodnictwo niejonowe) ładunek ujemny (w polu magn.) pomiar e/m elektrony częstość progowa > 10 15 Hz 1905 Philipp von Lenard (1862-1947)
prąd fotoelektryczny I [A] 2 > 1 I [A] 1 2 > 1 prąd nasycenia 1 prąd nasycenia U 0 U [V] U 02 U 01 U [V] napięcie hamujące napięcie hamujące U 0 zależy od częstotliwości a nie od natężenia światła!
równanie fotoelektryczne Planck: E f = h (h stała Plancka) Einstein: h = W + ½ m e v 2 energia padającego fotonu energia kinetyczna elektronu praca wyjścia elektronu z metalu 1921 częstość progowa: p = W / h Albert Einstein (1879-1955)
fotony światło (fala?) elektrony światło (fotony!) elektrony metal metal wniosek: światło wykazuje nie tylko własności falowe, ale również korpuskularne...
Zjawisko fotoelektryczne
Zjawisko fotoelektryczne Efekt fotoelektryczny zachodzi: na elektronach związanych w atomach metalu lub w objętości metalu jako całości poprzez barierę potencjału powierzchniowego, wtedy, kiedy jego energia jest większa od pracy wyjścia, W
Zjawisko Comptona W 1923 roku A. H. Compton wykonał doświadczenie, w którym promienie Roentgena ulegały rozproszeniu na bloku grafitowym. Rejestrując fale odbite pod różnymi kątami zaobserwował, że długość fali rozproszonej jest większa niż fali padającej i że zależy od kąta rozproszenia.
Zjawisko Comptona
Zjawisko Comptona Dla fotonów:
Zjawisko Comptona E 0 i p 0 - energia i pęd padającego fotonu E 1 i p 1 - energia i pęd fotonu rozproszonego m 0 - masa spoczynkowa E e energia całkowita elektronu odrzutu T e energia kinetyczna elektronu odrzutu p e pęd elektronu odrzutu Zasada zachowania pędu:
Zjawisko Comptona Zasada zachowania energii: +
Zjawisko Comptona
Zjawisko Comptona p 0 1 p m c 1 0
Zjawisko Comptona h 1 m c 0 cos