1 FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Kwantowa natura promieniowania
2 Promieniowanie ciała doskonale czarnegoCiało doskonale czarne – ciało, które absorbuje całe padające na nie promieniowanie bez względu na częstotliwość.
3 Promieniowanie ciała doskonale czarnegoGęstość 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 nadfiolecieCałkowita 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 czarnegoRozkład 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),
8 Promieniowanie ciała doskonale czarnegoGęstość energii T = 1000K max T = 800K T = 600K Widmo promieniowania ciała doskonale czarnego o różnych temperaturach.
9 Promieniowanie ciała doskonale czarnegoCałkowita 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 czarnegoCałkowita liczba fotonów na jednostkę objętości wynosi: A średnia energia fotonu: Ze spadkiem temperatury maleje średnia energia fotonów.
11 Skwantowany oscylator harmonicznyKwantowanie dotyczy wszelkich obiektów fizycznych o jednym stopniu swobody, które wykonują proste drgania harmoniczne. Energia całkowita oscylatora jest wielokrotnością h·
12 fotoemisja elektronówmetal światło (fala?) elektrony emisja elektronów z metali pod wpływem padającego światła (Heinrich Hertz 1887)
13 zjawisko fotoelektrycznemA 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 fotoelektryczneEf = 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 metalwniosek: światło wykazuje nie tylko własności falowe, ale również korpuskularne...
17 Zjawisko fotoelektryczne
18 Zjawisko fotoelektryczneEfekt 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 fotonuE1 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