21. Фотонная теория света. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Фотон - квант света

W_ф=hν=hc/λ

свойства:

1. Фотон движется со скоростью света

2. масса покоя фотона равна 0

3. масса фотона m_ф=W/c²=hν/c²=h/cλ

4. импульс фотона р_ф= m_фс= h/λ

Фотоэффект по Эйнштейну

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта – закон сохранения энергии

hν=Авых+Wmax

1. Чем больше фотонов, тем больше фототок

2. Wmax=еUз зависят от λ и не зависит от интенсивности

3. hν_к=Авых, следовательно, ν_к=Авых/h условие красной границы

4. Если hc/ λАвых, то фотоэф. не осуществляется

ν=с/λ

22. Внутренний фотоэффект. Вентильный фотоэффект.

существует только в диэлектриках и полупроводниках

приводит к 2 явлениям:

1)фотопроводимость (уменьш.сопротивления под действие света)

2) вентильный фотоэффект (изменение концентрации е в месте контакта 2 тел под действием света – возникает фото ЭДС)

Применение фотоэффекта: фотосопротивление, фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, солнечные батареи

Цели: преобразование свет.энергии в электричестве, в автоматике, в звуковом кино, телевидение, регистрация и изменение свет.потоков.

Низкий КПД, до 10%

23. Эффект Комптона.

Особенности: в легкоуглевод. соединениях,энергии связи внешних е, в атомах низкой энергии, рентгеновское излучение

hс/λ+m₀c²= hс/λ’+mc²

mc=m₀c+h(1/ λ-1/ λ’)

m²c²= m₀²c²+2m₀ch(1/ λ-1/ λ’)+h²(1/ λ²-1/ λλ’+1/ λ’²) - 1

из ЗСИ

m²V²=h²/ λ²+ h²/ λ²-2h²/ λ λ’²*cosθ -2

m²c²- m²V²= m²(c²-V²)= m₀²(c²-V²)/(1-V²/c²)=m₀²(c²-V²)c/(c²-V²)= m₀²c² - 3

(1)-(2)*(3)

m₀²c₀²= m₀²c₀²+2m₀ch(1/ λ-1/ λ’)+h²(1/ λ²-1/ λλ’+1/ λ’²)-h²/ λ²- h²/λ’₂+2h²/ λ λ’*cosθ

m₀c(1/ λ-1/ λ’)=h/λλ’(1-cosθ) или ∆λ= λ’-λ=h/m₀c(1-cosθ)= λ_c(1-cosθ) – комптоновское смещение длины волны

где λ_c=h/m_oc=2,426 пм - комптоновская длина волны

Вывод: не зависит от в-ва ∆λ; док-во сущ. у фотона импульса, т.е. сущ. самого фотона

24. Давление света и его объяснение.

Лебедев П.Н. провел опыт

p=F/S

F=∆p/∆t=∆p^имп_погл-∆p^имп_отр /∆t=(1-ρ)hνN/c +2 ρhνN/c

p=w(1+ρ)/cS∆t=Ф(1+ρ)/cS= Ee/c *(1+ρ)=W(1+ρ)/Sl= w(1+ρ)

p=w(1+ρ)=Ee/c *(1+ρ) – давление света

Ee – облуч. поверзность, ρ – коэф. отражения

w=W/V – объемная плотность энергии света

Вывод: фотонная теория для p дает тот же результат, что и волновая; Свет имеет двойственную природу (волновые, корпускулярные св-ва); в давлении света проявляется и те, и другие св-ва; свету присущ корпускулярно-волновой дуализм!

25. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Планетарная модель атома. Постулаты Бора. Энергетический спектр атома водорода. Спектральные серии.

Постулаты Бора

1. Атом может нах. только в особых стационарных состояниях, в кот. он не излучает энергии

mVr=nћ – правила квантов эл.состояний

n=1, 2 ,3… - гл. квант. число (номер электр. орбиты)

2. При переходе атома их одного стац. состояния в другое поглощается или выделяется квант энергии

hν=Em-En

r_n= rn² =an² – радиус n-ой орбиты

r₁=а=53,1 пм – радиус 1 боровской орбиты

Vn=nћ/mr_n=(e²/4πε₀ћ)*(1/n)=V₁/n – cкорость е на n-ой орбите

V₁=2,18*10⁶ м/с

Е_п=W_k+W_p=Е₁/n²; Е₁=-13,6 эВ – энергия е на 1ой орбите

Энергетический спектр атома зависит от его структуры, а число электронов, обладающих данной энергией, называется населенностью уровня. Система энергетических уровней составляет энергетический спектр атома; нижний уровень с минимальной энергией называется основным, а остальные - возбужденными. Энергетический спектр атома зависит от его структуры, а число электронов, обладающих данной энергией, называется населенностью уровня. Паули впервые определил энергетический спектр атома водорода ( получив, таким образом, формулу Бальмера). Наряду с качественным отличием энергетического спектра атома от кристалла имеется и определенное соответствие в свойствах частицы и континиума. В самом деле, в атоме имеются разрешенные орбиты и есть области, где пребывание электрона запрещено, что приводит к необходимости затраты кванта энергии для перевода ( промотирования) е - с одной орбиты на другую.

Формула Бальмера

ν=(E_m-E_n)/h=E₁/n*(1/m²-1/n²)

R=R_ν=-E₁/n=3,29*10¹⁵Гц – постоянная Ридберга

ν= R(1/n²-1/m²) – спектральная формула Бальмера

w=Rw(1/n²-1/m²); ν^~=1/λ= R’(1/m²-1/n²), где ν^~=1/λ – спектроскопическое волн. число

Rw=2πR=2,07*10¹⁶ c^-1 и R’=R_λ=R/c=1,097*10⁷ м^-1 – пост. Ридберга

Спектральная серия возникает при разрешенных излучательных квантовых переходах с различных возбужденных уровней энергии m на один и тот же конечный уровень n (n < m ) и сходится к границе серии при m → ∞ .

Для каждой спектральной серии число n, определяющее нижний уровень серии, постоянно, а число m,определяющее верхний уровень, равно m = n + i, i = 1,2,3...- номер линии в серии. Переходам на различные нижние уровни соответствуют различные спектральные серии:

n = 1 - серия Лаймана; n = 2 - серия Бальмера; n = 3 - серия Пашена; n = 4 - серия Брэкетта; n = 5 - серия Пфунда; n = 6 - серия Хэмфри; n = 7 - серия Хансена-Стронга;