Квантовая физика

Квантовая физика-раздел физики, изучающий поведение квантовых объектов.

Квантовый объект- объект, одновременно обладающий выраженными

волновыми и корпускулярными свойствами.

Квантовые свойства электромагнитного излучения (эми) Тепловое излучение (ти)

1)ТИ – вид ЭМИ, обусловленный подведением теплоты к источнику ЭМИ.

2) ТИ – единственный вид ЭМИ, который может находиться в термодинамическом

равновесии с веществом, т.е. если в термоизолированную систему поместить

несколько тел разной температуры, то через некоторое время температуры всех тел

сравняются, причем для любого из тел поток излучения станет равен потоку

поглощения. При этом ЭМИ находится в термодинамическом равновесии с телами и

его называют равновесным или чёрным.

3) Плотность энергии и спектр равновесного излучения зависят только от его

температуры, т.е. можно говорить о температуре ЭМИ (оно равно температуре тел).

4) Спектральная плотностьизлучения ( ) – энергия единицы объёма ЭМИ

в единичном интервале длин волн ( или частот ).

• Энергией единицы объёма излучения в интервале ( являются соответственно или .

5) Для равновесного ТИ , однако найти с помощью классических

представлений не удалось. Опыты показали, что:

а) спектр ТИ непрерывный; б) максимум лежит в низкочастотной области.

С позиции теории Максвелла ~ , что противоречит результатам опытов. Это и

другие противоречия привели к пересмотру теории ТИ.

В 1900 г. Планк предположил : а) испускание и поглощение энергии происходит

дискретно квантами с энергией ,где -частота излучения

- постоянная Планка;

б) энергия осциллятора может принимать только дискретные значения ~ .

Гипотеза Планка–границамежду старой классической физикой и новой –квантовой .

Фотоэффект

На основе идеи Планка в 1905 г.Эйнштейн выдвинул гипотезу световых квантов, согласно которой свет имеет прерывистую структуру и обладает корпускулярными свойствами.

Фотоэффект – испускание электронов веществом под действием света.

Схема установки: Характеристики фотоэлемента:

Закономерности фотоэффекта:

1. Фототок насыщения (при неизменном спектральном составе света) пропорционален падающему световому потоку. ~Ф

2. Для каждого металла существует красная граница фотоэффекта . Фотоэффект возможен только при .

3. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов (для данного металла) линейно зависит от частоты облучения и не зависит от интенсивности света. ~ω

   • С точки зрения классической физики это необъяснимо, как и то, что фотоэффект безинерционен. С точки зрения квантовой теории это легко объяснимо: электрон получает энергию не постепенно, а мгновенно в виде кванта .

На основе опытов и гипотезы о квантовой природе света. Эйнштейн получил

уравнение фотоэффекта , которое наглядно отражает закономерности 2 и 3.