WWW.NEW.Z-PDF.RU
БИБЛИОТЕКА  БЕСПЛАТНЫХ  МАТЕРИАЛОВ - Онлайн ресурсы
 

«ХХ в. Попытки объяснить наблюдаемые на опытах (см. рис. закономерности распределения энергии в спек­ 10.3) трах теплового излучения (электромагнитного излучения ...»

1~1 КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Величайшая революция в физике совпала с началом

ХХ в. Попытки объяснить наблюдаемые на опытах (см .

рис. закономерности распределения энергии в спек­

10.3)

трах теплового излучения (электромагнитного излучения

нагретого тела) оказались несостоятельными. Многократно

проверенные законы электромагнетизма Максвелла неожи­

данно «забастовали», когда их попытались применить к

проблеме излучения веществом коротких электромагнит­ ных волн. И это было тем более удивительно, что эти зако­ ны превосходно описывали излучение радиоволн антенной и что в свое время само существование электромагнитных волн было предсказано на основе этих законов .

Согласно теории Максвелла, колеблющиеся электриче­ ские заряды испускают электромагнитные волны. Тогда из­ лучение нагретых тел может быть объяснено колебаниями электрических зарядов в молекулах вещества. При этом плотность излучаемой энергии должна увеличиваться с час­ тотой. Однако опыт показывает, что при больших частотах плотность энергии становится малой, о чем свидетельствует характер спектра электромагнитного излучения .

В поисках выхода из этого противоречия между теори­ ей и опытом немецкий физик М а к с П л ан к предполо­ жил, что атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями квантами.

Энер­ гия Е каждой порции прямо пропорциональна частоте v излучения:

= hv .

Е Коэффициент пропорциональности получил название h постоянной Планка .

Предположение Планка фактически означало, что зако­ ны классической физики совершенно неприменимы к яв­ лениям микромира .

Разработанная Планком теория теплового излучения превосходно согласовывалась с экспериментом. По извест­ ному из опыта распределению энергии по частотам было определено значение постоянной Планка.

Оно оказалось очень малым:

= 6,63 · 10-34 Дж · с .

h Планк Макс ( 1858-1947) веnикий немецкий физик-теоретик, основатеnь квантовой теории современной теории движе­ ния, взаимодействия и взаимных превращений мик­ роскопических частиц. В г. в работе по иссле­ дованию равновесного теплового излучения впер­ вые nредnоnожил, что энергия осциллятора (сис­ темы, совершающей гармонические коnебания) принимает дискретные значения, пропорциональ­ ные частоте коnебаний; излучается электромаг­ нитная энергия осциллятором отдельными порциями .

Большой вкnад внес в развитие термодинамики .

–  –  –

Планк указал путь выхода из трудностей, с которыми столкнулась теория теплового излучения. Но этот успех был обеспечен ценой отказа от законов классической физики применительно к микроскопическим системам и излучению .

–  –  –

Объяснить это можно так. Свет вырывает электроны с поверхности пластины. Если пластина заряжена отрица­ тельно, электроны отталкиваются от нее, и электрометр разряжается. При положительном же заряде пластины вы­ рванные светом электроны притягиваются к пластине и сно­

–  –  –

электроны, какова бы ни была интенсивность излучения. Так как известно, что стекло поглощает ультрафиолетовые лучи, то из этого опыта можно заключить: именно ультрафиолето­ вый участок спектра вызывает фотоэффект. Этот простой факт нельзя объяснить на основе волновой теории· света. Ведь непонятно, почему световые волны малой частоты не могут вырывать электроны, если даже амплитуда волны велика и, следовательно, велика сила, действующая на электроны .

Законы фотоэффекта. Для того чтобы получить о фото­ эффекте более полное представление, нужно было выяснить, от чего зависит число вырванных светом с поверхности ве­

–  –  –

рицательный полюс батареи. Под действием света этот электрод испускает электроны, которые при движении в электрическом поле образуют электрический ток. При малых напряжениях не все вырванные светом элек­

–  –  –

(рис. 11.3). Максимальное значение силы тока Jн называете.я током насыщения. Сила тока насыщения определяется чис­ 1с лом электронов, испускаемых за освещаемым электродом .

Изменяя в этом опыте интенсивность излучения, уда­ лось установить, что число электронов, вырываемых све­ том с поверхности металла за с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны .

На основании результатов этого опыта можно сформули­ ровать первый закон фотоэффекта: фототок насыщения прямо пропорционален падающему световому потоку .

Теперь остановимся на измерении кинетической энер­ гии (или скорости) электронов. Из графика, приведенного на рисунке 11.3, видно, что сила фототока отлична от нуля и при нулевом напряжении. Это означает, что часть вы­ рванных светом электронов достигает правого (см. рис. 11.2) электрода и при отсутствии напряжения. Если изменить полярность батареи, то сила тока уменьшится, и при неко­ тором напряжении обратной U3 [ полярности она станет равной нулю. Это значит, что электри­ ческое поле тормозит вырван­

–  –  –

При изменении интенсивности света (плотности потока излучения) задерживающее напряжение, как показали опыты, не меняется. Значит, не меняется кинетическая энергия электронов. С точки зрения волновой теории света этот факт непонятен. Ведь, чем больше интенсивность све­ та, тем большие силы действуют на электроны со стороны электромагнитного поля световой волны и тем большая энергия, казалось бы, должна передаваться электронам .

На опытах было обнаружено, что кинетическая энергия вырываемых светом электронов зависит только от частоты света .

–  –  –

Законы фотоэффекта просты по форме. Но зависимость кинетической энергии вырванных светом электронов от частоты света требует объяснения .

–  –  –

ТЕОРИЯ ФОТОЭФФЕКТА

§88 Все попытки объяснить явление фотоэффекта на основе законов электродинамики Максвелла, согласно которым свет это электромагнитная волна, непрерывно распреде­ ленная в пространстве, оказались безрезультатными. Нель­ зя было понять, почему энергия фотоэлектронов определя­ ется только частотой света и почему лишь при достаточно малой длине волны свет вырывает электроны .

Объяснение фотоэффекта было дано в 1905 г. Эйнштей­ ном, развившим идеи Планка о прерывистом испускании света. В экспериментальных законах фотоэффекта Эйн­ штейн увидел убедительное доказательство того, что свет имеет прерывистую струJСтуру и поглощается отдель­ ными порциями .

Энергия Е каждой порции излучения в полном соответ­ ствии с гипотезой Планка пропорциональна частоте:

–  –  –

где Лmах (Акр) максимальная длина волны, при которой фо­ тоэффект еще наблюдается. Это название появилось по аналогии со световыми волнами, так как максимальная длина волны видимого света соответствует красному цвету .

–  –  –

излучения. Совпадение значений постоянной Планка, по­ лученных различными методами, дополнитедьно подтвер­ ждает правильность предположения о прерывистом харак­

–  –  –

ФОТОНЫ § 89 В современной физике фотон рассматривается как одна из элементарных частиц .

Энергия и импульс фотона. При испускании и поглоще­ нии свет ведет себя подобно потоку частиц с энергией = hv, Е зависящей от частоты. Порция света оказалась неожиданно очень похожей на то, что принято называть час­ тицей. Свойства света, обнаруживаемые при его излучении и поглощении, назвали корпускулярными. Сама же свето­ вая частица была названа фотоном, или квантом электро­ магнитного излучения .

–  –  –

тиц-фотонов. Однако явления интерференции и дифракции света свидетельствуют и о волновых свойствах света. Свет обладает, таким образом, своеобразным дуализмом (двойст­ венностью) свойств. При распространении света проявляют­ ся его волновые свойства, а при взаимодействии с вещест­ вом (излучении и поглощении) корпускулярные. Это, конечно, странно и непривычно, так как частица и волна аб­ солютно разные физические объекты. Мы не имеем возмож­ ности представлять себе наглядно в полной мере процессы в микромире, так как они совершенно отличны от тех мак­

–  –  –

«электрон~ .

Не допускаем ли мы здесь ошибки, обратной той, кото­ рая была сделана со светом? Может быть, электрон и дру­ гие частицы обладают также и волновыми свойствами. Та­ кую необычную мысль высказал в 1923 г. французский ученый Луи де Б рой л ь .

Предположив, что с движением частиц связано распро­ странение некоторых волн, де Бройль сумел найти длину волны этих волн. Связь длины волны с импульсом частицы оказалась точно такой же, как и у фотонов (см. форму­ лу (11.6)). Если длину волны обозначить через А, а импульс через р, то

–  –  –

условия материальной и культурной жизни общества .

С помощью фотоэффекта «заговорило» кино, стала воз­ можной передача движущихся изображений (телевиде­ ние). Применение фотоэлектронных приборов позволило создать станки, которые без участия человека изготовляют детали по заданным чертежам. Основанные на фотоэффек­ те приборы контролируют размеры изделий лучше челове­ ка, вовремя включают и выключают маяки и уличное осве­

–  –  –

Одним из них является автомат в метро. Он срабатывает (выдвигает перегородку) при пересечении светового пучка, если предварительно не пропущена карточка .

Подобные автоматы могут предотвращать аварии. На заводе фотоэлемент почти мгновенно останавливает мощ­ ный пресс, если рука человека оказывается в опасной зоне .

С помощью фотоэлементов воспроизводится звук, запи­ санный на кинопленке .

Полупроводниковые фотоэлементы. Кроме рассмотрен­ ного в этой главе фотоэффекта, называемого более полно внешним фотоэффектом, широко применяется и так назы­ ваемый внутренний фотоэффект в полупроводниках. На этом явлении основано устройство фоторезисторов - прибо­ ров, сопротивление которых зависит от освещенности. Кроме того, сконструированы полупроводниковые фотоэлементы, создающие ЭДС и непосредственно преобразующие энергию излучения в энергию электрического тока. ЭДС, называемая в данном случае фотоЭДС, возникает в области р-п-перехода двух полупроводников при облучении этой области светом .

Под действием света образуются пары электрон - дыр­ ка. В области р-п-перехода существует электрическое nоле .

Это поле заставляет неосновные носители полупроводников перемещаться через контакт. Дырки из полупроводника п-типа перемещаются в полупроводник р-типа, а электроны

–  –  –

ДАВЛЕНИЕ СВЕТ А

§ 91 Максвелл на основе электромагнитной теории света пред­ сказал, что свет должен оказывать давление на препятствия .

–  –  –

ренца F, направленная в сторону распространения волны .

Суммарная сила, действующая на электроны поверхности металла, и определяет силу светового давления .

–  –  –

ка. О значении давления можно было судить по углу за­ кручивания нити. Трудности точного измерения давления света были связаны с невозможностью выкачать из сосуда весь воздух (движение молекул воздуха, вызванное неоди­ наковым нагревом крылышек и стенок сосуда, приводит к возникновению дополнительных вращающих моментов) .

Кроме того, на закручивание нити влияет неодинаковый нагрев сторон крылышек (сторона, обращенная к источни­ ку света, нагревается сильнее, чем противоположна-я сто­ рона). Молекулы, отражающиеся от более нагретой стороны, передают крылышку больший импульс, чем молекулы, отражающиеся от менее на­

–  –  –

глощенных фотонов. Поэтому покоящееся тело приходит в движение. Изменение импульса тела означает согласно второму закону Ньютона, что на тело действует сила .

Опыты Лебедева можно рассматривать как эксперимен­ тальное доказательство того, что фотоны обладают импульсом .

Хотя световое давление очень мало в обычных услови­ ях, его действие тем не менее может оказаться существен ­ ным. Внутри звезд при температуре в несколько десятков миллионов кельвинов давление электромагнитного излуче­ ния должно достигать громадных значений. Силы светово­ го давления наряду с гравитационными силами играют

–  –  –

Давление света согласно электродинамике Максвелла возникает из-за действия силы Лоренца на электроны сре­ ды, колеблющиеся под действием электрического поля электромагнитной волны. С точки зрения квантовой тео­ рии давление появляется в результате передачи телу им­ пульсов фотонов при их поглощении .

ХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ СВЕТ А .

§ 92 ФОТОГРАФИЯ Отдельные молекулы поглощают световую энергию пор­ циями - квантами hv. В случае видимого и ультрафиоле­ тового излучений эта энергия достаточна для расщепления многих молекул. В этом проявляется химическое действие света .

Любое превращение молекул есть химический процесс .

Часто после расщепления молекул светом начинается це­ лая цепочка химических превращений. Выцветание тка­ ней на солнце и образование загара - это примеры хими­ ческого действия света .

Важнейшие химические реакции под действием света происходят в зеленых листьях деревьев и траве, в иглах хвои, во многих микроорганизмах. В зеленом листе под действием Солнца осуществляются процессы, необходимые для жизни на Земле. Они дают нам не только пищу, но и кислород для дыхания .

Листья поглощают из воздуха углекислый газ и расщеп­ ляют его молекулы на составные части: углерод и кислород .

Происходит это, как установил русский биолог Климент Аркадьевич Тимирязев, в молекулах хлорофилла под действием красных лучей солнечного спектра. Пристраивая к углеродной цепочке атомы других элементов, извлекае­ мых корнями из земли, растения строят молекулы белков, жиров и углеводов .

Все это происходит за счет энергии солнечных лучей .

Причем здесь особенно важна не только сама энергия, но и та форма, в которой она поступает. Фотосинтез (так на­ зывают этот процесс) может протекать только под действи­ ем света определенного спектрального состава .

Механизм фотосинтеза еще не выяснен до конца. Когда это произойдет, для человечества, возможно, наступит новая эра. Белки и другие сложные органические вещества можно будет получать на фабриках под голубым небосводом .

Химическое действие света лежит в основе фотографии .

Под действием света происходят химические реакции, определяющие жизнь на Земле .

–  –  –

В процессе распространения свет проявляет волновые 5 .

свойства (явления интерференции и дифракции) .

Свет обладает дуализмом (двойственностью) свойств .

6 .

Впоследствии было установлено существование корпус­ кулярно-волнового дуализма у всех элементарных частиц .

Фотоэффект широко используется в технике. С помощью 7 .

- специальных приборов фотоэлементов энергия све­ та управляет энергией электрического тока или превра­ щается в нее. Фотоэлементы применяются в различных «видящих·~ автоматах. На явлении фотоэффекта основа­ но устройство солнечных батарей .

Согласно теории Максвелла свет оказывает давление на 8 .

препятствия. Давление это очень мало. Оно было впер­ вые обнаружено и измерено П. Н. Лебедевым .

Поглощение света веществом сопровождается химиче­ 9 .

ским действием света. В зеленых листьях растений и во многих микроорганизмах важнейшие химические реак­ ции происходят под действием света. Углекислый газ по­ глощается из атмосферы листьями и расщепляется на углерод и кислород. В этом заключается процесс фото­

Похожие работы:

«О.В Уфимцева, П.В. Миронов: Получение биомассы мицелия грибов вешенки обыкновенной и серно-желтого трутовика УДК 561.284.579.61 ПОЛУЧЕНИЕ БИОМАССЫ МИЦЕЛИЯ ГРИБОВ ВЕШЕНКИ ОБЫКНОВЕННОЙ P 05/88 PLEUROTUS OSTREATUS И СЕРНО-ЖЕЛТОГ...»

«С Е Р И Я _ _ У Ч Е Н Ы Е У Н И В Е Р С И Т Широков Е Юрий Георгиевич Т А Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ивановский государственный химико-технологический университет Серия "Ученые университета" Широко...»

«665 УДК 543.544, 547.245 Выделение изомеров бис(метилвинилхлорсилил)этанов методом препаративной газовой хроматографии Туркельтауб Г.Н., Жунь В.И., Чернышев Е.А. Московский государственный университет тонких химиче...»

«VI Международная научная конференция ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ Львов, 20 23 сентября 2016 г . Национальная академия наук Украины Институт геофизики им.С.И.Субботина Кар...»

«.,.,.. УДК 621.38 ББК 32.844.1+32.844.02 Т18 Таперо К. И. Т18 Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах космического применения / К. И . Таперо, В. Н. Улимов, А. М. Членов. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. — 304...»

«Глебова Ирина Анатольевна преподаватель физики Бюджетное образовательное учреждение Омской области начального профессионального образования "Профессиональное училище №63" с . Нижняя Омка, Омская область МОДУЛЬНА...»

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ) Кафедра "Высшая математика" Н.А. Корниенко, Е.П. Корольков, О.А . Платонова ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОЛЯ Методические указания к практическим занятиям Москва 2009...»

«ЦЕПЛИНА СВЕТЛАНА НИКОЛАЕВНА ТРАНСФОРМАЦИЯ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ ЭЛЕКТРОННО-ВОЗБУЖДЕННЫХ МОЛЕКУЛ В ПРОЦЕССАХ СИНГЛЕТТРИПЛЕТНОЙ ИНТЕРКОМБИНАЦИОННОЙ КОНВЕРСИИ Специальность 01.04.17 – Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества ДИССЕРТАЦИЯ на соискание...»

«ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2009. №4. С. 177–181. Технология УДК 547.245; 667.633; 667.637; 674.8; 678.844; 691.1 ГИДРОФОБИЗАЦИЯ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ И ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИМИ МОНОМЕРАМИ И ЖИДКОСТЯМИ © В.В. Семенов Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН, ул. Тропи...»

«1 Задания контрольной работы по высшей математике для студентов 1 курса "Зоотехния" заочной формы обучения Распределение задач по вариантам: Вариант Номера задач: Правила оформления контрольной работы Номер варианта заданий равен последней цифре номера зачётной книжки. Если же пос...»

















 
2018 www.new.z-pdf.ru - «Библиотека бесплатных материалов - онлайн ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 2-3 рабочих дней удалим его.