Квантовые объясн. Кемптон-эффекта.

Эф. Комптона является наиболее ярким примером справедл. выполнения квант. теории света. Явление объясн. на основании з-нов сохр. энергии и импульса. Внеш. эл-ны, слабосвяз. с ядром атома под действ. жёстких R-лучей (рентгеновских лучей) могут легко уходить за пределы атома, оставаясь в образце. Слабосвяз. эл-ны, потеряв связь с ядром атома становятся относительно (не полностью) свободны. Применяем з-н сохр. энергии.

Излучение прежней длины волны присутств. по причинам: не все фотоны R-лучей взаимод. со слабосвяз. эл-нами, а с атомами в целом, поэтому атом поглащ. значит. меньшую энергию от фотона, поэтому часть фотонов проходит.

До столкновения.

	Фотон	Электрон
Энергия	hn	m0C2 (энергия покоя)
Импульс

После столкновения.

	Фотон	Электрон
Энергия	hn ¢	mC2 (полная энергия)
Импульс

1) З-н сохранения энергии: hn+m₀C²= =hn¢+m₀C² Þ hn=hn¢+(m-m₀)C²=hn¢+T_e

2) З-н сохр. импульса: .

Явление Комптона с примен. з-нов сохр. энергии и импульса полн. объясняется по квант. представлениям. Комптон-эффект набл. также для g-излучения.

Задание 7.

Давление света (объяснение с точки зрения электромагнитной и квантовой теорий).

Давление света.

Любое э/м излучение, падая на вещ-во любой природы (тв. тела, жидк., газы), оказывает на него давление: P=F/S. Величина давления на любую пов-ть незначительна (например на тв. тела P=5 мкПа). Ф-ла для давления света строго выводится из ур-ния Максвелла: P=w(1+r), где w - объёмн. плотн. энергии, r - коэф. отражения (r=W_отр/W_пад). 1³r³0; для r=1 - идеальное отражение, r=0 - полное поглощение

Давл. света согл. квантовым предст.

Рассмотрим давление света на твёрдое тело. Согл. квантовым представлениям свет подобен квантам, несущим с собой импульс. Давление представляет собой импульс, получаемый стенкой. Рассм. 2 случая:

Случай 1. r=1

Фотон, попадая на пов-ть, отражается обратно.

Случай 2. Фотон попадает на зачерненную стенку (r=0). D P_g= P_g=hn/c. Стенка при этом получит импульс поглощённого фотона.

Задание 8.

Закономерности в атомных спектрах. Опыты Резерфорда. Ядерная (планетарная) модель атома и противоречия с законами классической физики.

Спектральные серии

Излучение спектров газами добиваются с помощью либо эл. поля, либо нагреванием. Физики установили, что атомарные газы любых элементов посылают дискретное излучение. В спектре наблюдаются только определённые длины волн.

Спектры отражают внутреннюю структуру атома этого элемента. В спектре любого элемента присутствуют т.н. спектральные серии.

Спектральной серией наз. совокупность линий, расположенных определённым образом, длины волн которых подчиняются одной определённой закономерности.

Резерфорд изучал рассеивание положительных заряженых a-частиц на фольге из золота. a-частицы получали из радиоакт. препарата. q_a=2e, m_a=7300m_e

Схема опыта Резерфорда.

При малых углах - max кол-во вспышек; при q =180° 1 из 2·10⁵ давало вспышку.

a-частица встречает массивный полож. заряд. С отрицательными частицами взаимодействие очень слабое. Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель атома. Атом представл. собой тело, внутри которого наход. ядро R=10^-15¸10^-14м с зарядом +Z_e. Вокруг него вращаются эл-ны, образуя электронную оболочку атома. Суммарный заряд эл-нов -Z_e. На основании нейтральности атома он сделал вывод что всего Z эл-нов. Согласно Резерфорду, радиусы орбит эл-нов могут быть произвольными. Ограничения на радиусы нет. Движение эл-на ускоренное Þ эл-н испускает энергию. С позиций классической электродинамики электрон вращается по спирали и падает на ядро, т.к. радиус уменьшается.

Атом испускает близкие энергии hn - равномерный спектр. Атом по Ридбергу представляет электродинамически неустойчивую структуру (за короткое время электрон должен упасть на ядро).

Задание 9.

Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца. Теория атома водорода по Бору. Недостатки теории Бора.

Потсулаты Бора

I постулат (о стационарных состояниях электронов и атомов): Атом (эл-н) может находится в определённых стационарных состояниях, в которых нет излучения э/м волн. Стационарным состояниям соответствуют стационарные орбты, по которым может обращаться эл-н, имея при этом дискретные значения энергии E₁, E₂... II постулат (о значении радиусов стационарных орбит): Стационарными орбитами являются также орбиты для которых момент импульса электрона имеет только целочисленные значения (n=1,2,3,... ¥). Дж.

III постулат(условие частот Бора): электрон излучает или поглощает энергию э/м поля только при переходе с одной стационарной орбиты на другую. При этом квант энергии испускаемого (поглощаемого) э/м излучения равен разности энергий эл-на на соответствующих стационарных орбитах.

;

E_nj - энергия на орбите, с которой осущ переход.

E_ni - энергия на орбите, на которую осущ переход.

Опыты Франка и Греца

Франк и Герц изучали взаимодействие электронов с парами ртути. Доказали справедливость постулатов Бора.

P~13 Мпа А-тяжёлый атом

С₁, С₂ - сетки

Поле Катод-С₁ - ускоряющее (область 1)

Пары ртути (область 2)

С₂-Анод - задерживающее поле.

0-5В - возрастание I

Энергия эл-нов = e

E_э=4,9эВ - однократные соударения

E_э=2·4,9эВ - двухкратные соударения

E_э=3·4,9эВ - трёхкратное соударения

Атомы ртути переходят в возбуждённое состояние и испускают ультрафиолетовое излучение. Опыты доказывают дискретность энергии.

Недостатки теории Бора:

1) Наполовину классическая, наполовину квантовая

2) Невозможно описать спектры излучения более сложных, чем водород, атомов.

3) Невозможно обьяснить различия в интенсивности разных линий в спектре атома водорода.

4) Невозможно обьяснить наличие дублетов линий в спектре некоторых атомов.