FIZYKA dla studentów POLIGRAFII 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 :
Wzór Plancka Gęstość energii promieniowania: czynnik wyrażający prawdopodobieństwo występowania danej częstotliwości w widmie promieniowania
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 (1,3810-23 J/K), c – prędkość światła, h – stała Plancka (6,6310-34 J s),
Promieniowanie ciała doskonale czarnego Gęstość energii T = 1000K max T = 800K T = 600K Widmo promieniowania ciała doskonale czarnego o różnych temperaturach.
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:
Promieniowanie ciała doskonale czarnego Całkowita liczba fotonów na jednostkę objętości wynosi: A średnia energia fotonu: 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 metal światło (fala?) elektrony emisja elektronów z metali pod wpływem padającego światła (Heinrich Hertz 1887)
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 (1862-1947)
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!
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 (1879-1955)
fotony światło (fala?) elektrony światło (fotony!) elektrony 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 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:
Zjawisko Comptona Zasada zachowania energii: +
Zjawisko Comptona
Zjawisko Comptona
Zjawisko Comptona