FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Kwantowa natura promieniowania

Prezentacja na temat: "FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Kwantowa natura promieniowania"— Zapis prezentacji:

1 FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Kwantowa natura promieniowania

2 Promieniowanie ciała doskonale czarnego
Ciało doskonale czarne – ciało, które absorbuje całe padające na nie promieniowanie bez względu na częstotliwość.

3 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

4 Katastrofa w nadfiolecie
Całkowita gęstość energii promieniowania - całka po całym zakresie częstotliwości: Niemożliwe!

5 Wzór Plancka Promieniowanie emitowane w porcjach przez oscylatory, których energia: Najmniejsza energia kwantu: Średnia energia oscylatora: Dla małych : Dla wielkich :

6 Wzór Plancka Gęstość energii promieniowania:
czynnik wyrażający prawdopodobieństwo występowania danej częstotliwości w widmie promieniowania

7 Promieniowanie ciała doskonale czarnego
Rozkład Plancka określa energię du promieniowania na jednostkę objętości w zakresie długości fal od  do +d Gdzie: T – temperatura, k – stała Boltzmanna (1,3810-23 J/K), c – prędkość światła, h – stała Plancka (6,6310-34 J  s),

8 Promieniowanie ciała doskonale czarnego
Gęstość energii T = 1000K  max T = 800K T = 600K Widmo promieniowania ciała doskonale czarnego o różnych temperaturach.

9 Promieniowanie ciała doskonale czarnego
Całkowita gęstość energii promieniowania ciała doskonale czarnego: Prawo Stefana-Boltzmanna Energia fotonu: Liczba fotonów dN w jednostce objętości w zakresie długości fal od  do +d wynosi:

10 Promieniowanie ciała doskonale czarnego
Całkowita liczba fotonów na jednostkę objętości wynosi: A średnia energia fotonu: Ze spadkiem temperatury maleje średnia energia fotonów.

11 Skwantowany oscylator harmoniczny
Kwantowanie dotyczy wszelkich obiektów fizycznych o jednym stopniu swobody, które wykonują proste drgania harmoniczne. Energia całkowita oscylatora jest wielokrotnością h·

12 fotoemisja elektronów
metal światło (fala?) elektrony emisja elektronów z metali pod wpływem padającego światła (Heinrich Hertz 1887)

13 zjawisko fotoelektryczne
mA U światło Philippe Lenard: próżnia (przewodnictwo niejonowe) ładunek ujemny (w polu magn.) pomiar e/m  elektrony częstość progowa  > 1015 Hz 1905 Philipp von Lenard ( )

14 prąd fotoelektryczny U [V] I [A] U0 napięcie hamujące prąd nasycenia  2 >  1  1 U [V] I [A] U01 napięcie hamujące prąd nasycenia U02 1 2 > 1 U0 zależy od częstotliwości a nie od natężenia światła!

15 równanie fotoelektryczne
Ef = h Planck: (h – stała Plancka) Einstein: h = W + ½ mev2 praca wyjścia elektronu z metalu energia kinetyczna elektronu energia padającego fotonu 1921 częstość progowa: p = W / h Albert Einstein ( )

16 fotony światło (fala?) elektrony światło (fotony!) elektrony metal
wniosek: światło wykazuje nie tylko własności falowe, ale również korpuskularne...

17 Zjawisko fotoelektryczne

18 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

19 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.

20 Zjawisko Comptona

21

22 Zjawisko Comptona Dla fotonów:

23 Zjawisko Comptona E0 i p0 - energia i pęd padającego fotonu
E1 i p1 - energia i pęd fotonu rozproszonego m0 - masa spoczynkowa Ee – energia całkowita elektronu odrzutu Te– energia kinetyczna elektronu odrzutu pe – pęd elektronu odrzutu Zasada zachowania pędu:

24 Zjawisko Comptona Zasada zachowania energii: +

25 Zjawisko Comptona

26 Zjawisko Comptona

27 Zjawisko Comptona