Какие электроны поглощают фотоны а какие рассеивают

В этой формуле I – интенсивность излучения после прохождения слоя вещества толщиной х.

В данном компьютерном эксперименте нужно измерить коэффициент поглощения гамма-излучения в веществе. Идея метода состоит в измерении ослабления интенсивности параллельного пучка гамма-квантов в зависимости от толщины слоя вещества. Согласно формуле (1) интенсивность пучка уменьшается. Прологарифмируем формулу (1):

Если построить график, на котором по оси абсцисс отложить толщину слоя вещества, а по оси ординат – натуральный логарифм отношения интенсивностей, соответствующей этой толщине, то график будет линейным. Согласно (2) тангенс угла наклона прямой равен искомому коэффициенту поглощения. Линейная зависимость получается только в том случае, если исследуемое гамма-излучение является монохроматическим, в противном случае зависимость более сложная.

В данном компьютерном эксперименте применяется виртуальная установка: тонкий монохроматический пучок гамма-квантов, испускаемый из “свинцового блока” с достаточно узким и длинным отверстием, падает строго перпендикулярно на пластинки, частично поглощается в них случайным образом, а затем попадает в счётчик частиц. В эксперименте учитывается фон космического излучения, избавиться от которого очень сложно. Кадр из эксперимента изображён на рисунке, а соответствующая компьютерная программа дана в приложении.

Какие электроны поглощают фотоны а какие рассеивают

а). Что такое оптическая пирометрия? Что такое яркостная темпера­ тура?

Оптической пирометрией называется совокупность оптических методов измерения высоких температур, основанных на законах теплового излучения.

В оптической пирометрии различают радиационную, яркостную и цветовую температуры тела. Радиационная температура — это температура тела при которой его энергетическая светимость Re = RT .Цветовая температура определяется из максимума длины волны в спектральной плотности эн. светимости Яркостная температура – это температура черного тела при которой для определённой длины волны его спектральная плотность эн.светимости равна спектральной плотности исследуемого тела.

б). В чем отличие характера взаимодействия фотона и электрона при фотоэффекте и эффекте Комптона?

При фотоэффекте фотон поглощается электроном, находящимся внутри кристаллического тела (т.е. этот электрон не свободный). При таком поглощении выполняется только закон сохранения энергии. Энергия фотона идет на вырывание электрона с поверхности, остальная часть энергии идет на сообщение электрону .Комптоновское рассеивание— это столкновение фотона со свободным электроном. При этом должны выполняться и закон сохранения энергии и закон сохранения импульса. Фотон может только рассеяться на электроны, но не поглотиться (иначе невозможно удовлетворить закон сохранения…).

в). Что такое спонтанное излучение? резонансное поглощение? вын ужденное излучение? Объясните механизм возникновения этих яв­ лений. В чем отличие спонтанного излучения от вынужденного?

Атомы наиболее интенсивно поглощают свет частоты, соответствующей переходу из основного состояния атома в ближайшее к нему вынужденное состояние. Это явление называют резонансным поглощением. Т.е. фотоны, испущенные атомом при переходе из первого возбужденного состояния в основное, без всяких проблем поглощаются такими же атомами, поскольку их частоты практически совпадают. При поглощении фотона атомы возбуждаются. Поглощение фотона всегда является вынужденным процессом, происходящим под действием внешней электромагнитной волны. В каждом акте поглощается один фотон, а участвующий в этом процессе атом переходит в состояние с большей энергией.

Атом, находясь в возбужденном состоянии (2) может спонтанно, без внешних воздействий перейти в основное состояние, испуская при этом фотон с энергией . Процесс испускания фотона возбужденным атомом без внешних воздействий называется спонтанным излучением. Чем больше вероятность спонтанных переходов, тем меньше среднее время жизни атома в возбужденном состоянии. Так как спонтанные переходы взаимно не связанны, то спонтанное излучение некогерентно. Спонтанное излучение атома обусловлено только неустойчивостью его верхнего (возбужденного) состояния, вследствие которого атом освобождается от энергии возбуждения путем излучения фотона. Различные атомы излучают независимо друг от друга, и генерируют фотоны, которые распространяются в различных направлениях, имеют различные фазы и направления поляризации. Следовательно спонтанное излучение некогерентно.

Если на возбужденный атом действует электромагнитная волна с частотой v, удовлетворяющей соотношению энергии квантовых состояний атома, возникает вынужденное излучение. В каждом акте вынужденного излучения участвуют два фотона. Один из них, распространяясь от внешнего источника (соседнего атома), воздействует на атом, в результате которого испускается фотон. Оба фотона имеют одинаковое направление распространения и поляризации, а также одинаковые частоты и фазы. То есть вынужденное излучение всегда когерентно с вынуждающим.

г). Почему массы атомов многих элементов в таблице Менделеева отличаются от целых чисел?

Указанные в таблице Менделеева относительные атомные массы некоторых элементов сильно отличаются от целого числа. Оказывается, ядра одного и того же химического элемента могут отличаться числом нейтронов при одинаковом числе протонов в ядре и электронов в электронной оболочке,

Такие ядра имеют одинаковые химические свойства и располагаются в одной клетке таблицы Менделеева. Это изотопы

2. Покоящийся ион Не + испустил фотон, соответствующий головной линии серии Лаймана. Этот фотон вырвал фотоэлектрон из покоя­ щегося атома водорода, который находился в основном состоянии. Найти скорость фотоэлектрона.

3. Параллельный пучок монохроматических лучей с длиной волны 0.5мкм падает нормально на зачерненную поверхность и производит давление 10 -8 Па. Определите концентрацию фотонов в потоке и его интенсивность (число частиц, падающих на единичную поверхность в единицу времени)

Какие электроны поглощают фотоны и какие рассеивают

Фотоны являются основными носителями электромагнитного излучения. При взаимодействии с веществом они могут поглощаться электронами или рассеиваться в различных направлениях. Механизмы поглощения и рассеивания фотонов электронами относятся к основным процессам, определяющим взаимодействие света и вещества.

При поглощении фотонов электронами происходит передача энергии фотона на электрон, что приводит к его переходу на более высокий энергетический уровень или выбиванию из атома. Этот процесс может быть возбуждающим или ионизирующим в зависимости от энергии фотона.

Рассеивание фотонов электронами происходит при изменении направления движения фотона под влиянием электрического поля атома или молекулы. В результате рассеивания фотона, его энергия и импульс могут быть переданы электрону, что приводит к его возбуждению или ионизации, либо оставаться в системе вещество-фотон в новом направлении.

Изучение механизмов поглощения и рассеивания фотонов электронами является необходимым для понимания взаимодействия света с веществом и имеет широкий спектр применений. Это позволяет разрабатывать новые методы анализа, основанные на поглощении и рассеивании света, а также применять их в различных областях науки и техники.

Поглощение фотонов электронами

Поглощение фотонов электронами является важной физической явлением, которое играет ключевую роль в различных процессах, таких как фотоэффект, комптоновское рассеяние и фотоионизация.

Фотон, как квант света, обладает энергией, которая передается на электрон при взаимодействии. При этом электрон может поглотить фотон или рассеять его в других направлениях.

Вероятность поглощения фотона электроном зависит от его энергии и от материала, в котором происходит взаимодействие. Например, вещества с высокой плотностью электронов, такие как свинец или уран, имеют большую вероятность поглощения фотонов, чем вещества с низкой плотностью электронов, такие как воздух или вода.

При поглощении фотона электроном происходят различные процессы, такие как фотоэффект, комптоновское рассеяние и фотоионизация. Во время фотоэффекта, энергия фотона передается на электрон, высвобождая его из атома или молекулы. В случае комптоновского рассеяния, фотон сталкивается с электроном, меняет свое направление и теряет часть энергии. Фотоионизация же происходит, когда фотон передает энергию электрону, который в результате становится ионом.

Важно отметить, что процессы поглощения фотонов объясняются квантовой механикой и электродинамикой, и изучение этих процессов позволяет понять взаимодействия света с материей на молекулярном уровне.

Поглощение света электронами

Поглощение света электронами является одним из важнейших процессов в физике. Оно находит применение во многих областях, включая фотохимию, фотофизику, а также в различных технических устройствах.

Когда электрон поглощает фотон света, происходит возбуждение электрона. Это может привести к изменению его энергетического состояния, а также к началу различных химических и физических процессов.

Механизмы поглощения света электронами:

1. Фотоэффект: при этом механизме фотон света передает энергию электрону, который выходит из валентной зоны и становится свободным электроном.
2. Комптоновское рассеяние: в этом случае фотон сталкивается с свободным электроном и передает ему часть своей энергии и импульса.
3. Фотопроводимость: если фотон попадает на полупроводниковый материал, то может вызвать освобождение носителей заряда и увеличить проводимость материала.
4. Индуцированная электролюминесценция: при этом механизме электрон, поглотив фотон, переходит на более высокий энергетический уровень, а затем излучает свет.
5. Фотоинициация химических реакций: свет может вызвать химическую реакцию, инициируя процессы образования или разрушения химических связей.

Понимание механизмов поглощения света электронами имеет большое значение в различных научных и технических областях. Это позволяет разрабатывать новые материалы, улучшать процессы фотохимии и фотофизики, а также создавать эффективные светоэлектрические и оптоэлектронные устройства.

Рассеивание фотонов электронами

Рассеивание фотонов электронами является одним из основных механизмов взаимодействия фотонов с веществом. Этот процесс происходит, когда фотон сталкивается с электроном и передает ему часть своей энергии и импульса.

Основные типы рассеяния фотонов электронами включают комптоновское рассеяние, рэлеевское рассеяние и тормозное излучение.

Комптоновское рассеяние происходит, когда фотон рассеивается электроном под углом, отличным от нуля. В результате этого процесса фотон теряет часть своей энергии и меняет направление своего движения.

Рэлеевское рассеяние представляет собой эффект рассеивания фотонов электронами без изменения их энергии. В этом случае фотоны меняют направление своего движения, а также изменяют поляризацию.

Тормозное излучение возникает, когда электрон ускоряется или замедляется под воздействием электрического поля. В результате электрон излучает фотоны, частота которых зависит от изменения скорости электрона.

Рассеивание фотонов электронами широко применяется в различных областях науки и техники, таких как медицина, фотоэлектронная спектроскопия и ядерная физика. Изучение этого явления позволяет более глубоко понять строение и свойства вещества.

Механизмы взаимодействия электронов с фотонами

Фотоэффект является одним из основных механизмов взаимодействия фотонов с электронами. При фотоэффекте фотон с достаточной энергией передает свою энергию электрону, вырывая его из атома или кристаллической решетки материала. В результате этого процесса электрон получает кинетическую энергию, а материал испытывает ионизацию.

Комптоновское рассеяние – это процесс рассеяния фотонов на свободных электронах, при котором фотон передает часть своей энергии и импульса электрону, а сам остается отзеркаленным с измененной длиной волны. Этот эффект объясняет изменение энергии и направления рассеянного фотона при взаимодействии с электронами.

Фотоэлектрическое рассеяние заключается в рассеянии падающих фотонов на атомах или молекулах, при котором фотон не теряет энергии и направления, но может изменить свою длину волны. Этот процесс является одним из ключевых механизмов рассеивания фотонов в материалах.

Фотолюминесценция – это процесс, при котором захваченный фотон электронами материала рассеивается с излучением фотона меньшей энергии и длины волны. Этот механизм обуславливает светимость некоторых материалов, таких как люминофоры и люминесцентные красители.

Список литературы:

1. Медведев В.А. Физика конденсированного состояния. – М.: Физматлит, 2001.
2. Блохинцев Д.И. Физика оптики и атомной физики. – М.: Издательство Юрайт, 2009.
3. Новиков И.И., Окуневич Ж.И. Квантовая электроника и фотоника. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2014.

Влияние энергии фотонов на поглощение и рассеивание

Взаимодействие фотонов с электронами имеет ряд важных особенностей, среди которых одним из ключевых параметров является энергия фотонов.

Энергия фотонов определяет, как электроны взаимодействуют с входящими в систему фотонами. При их поглощении энергия фотонов передается электронам, вызывая переход электрона на более высокий энергетический уровень или даже вырывание электрона из атома (эффект фотоэффекта).

В случае рассеивания фотонов энергия передается электронам, но без перехода электрона на другой энергетический уровень. Это может вызывать изменение направления движения фотона (изменение его скорости или длины волны) и результатом может быть фотоэлектрический эффект, комптоновское рассеяние или рассеяние Рамана.

Чтобы лучше понять, как энергия фотонов влияет на поглощение и рассеивание, рассмотрим их связь с энергией электрона. Вся энергия фотона может передаться электрону только в том случае, если электрон имеет свободный уровень энергии, который соответствует энергии фотона. Если энергия фотона не соответствует доступным энергетическим уровням электрона, взаимодействие будет слабым или отсутствовать вовсе.

Влияние энергии фотонов на поглощение и рассеивание связано еще и с процессами, происходящими с электронами после взаимодействия с фотонами. Перераспределение энергии в системе, локализация электронов и изменение их скорости могут приводить к дополнительным эффектам, таким как излучение фотонов или поглощение их другими частицами. Энергия фотонов определяет возможность и интенсивность этих эффектов.

Кинетика поглощения и рассеивания фотонов электронами

Кинетика поглощения и рассеивания фотонов – это процесс, в котором электроны взаимодействуют с фотонами, поглощая их энергию или отражая ее. Этот процесс является важным для понимания механизмов, связанных с взаимодействием света и материи.

Когда фотон сталкивается с электроном, он может быть поглощен или рассеян. Вероятность поглощения или рассеивания зависит от энергии фотона, энергии электрона и структуры вещества, в котором происходит взаимодействие.

Поглощение фотона электроном происходит, когда энергия фотона передается электрону, в результате чего электрон переходит на более высокий энергетический уровень или покидает атом или молекулу. Вероятность поглощения зависит от распределения энергии фотонов и структуры энергетических уровней электрона.

Рассеивание фотона электроном происходит, когда энергия фотона отражается или изменяется в результате соударения с электроном. Этот процесс приводит к изменению направления и энергии фотона. Вероятность рассеивания зависит от свойств материала и энергии фотона.

Кинетика поглощения и рассеивания фотонов электронами может быть описана различными теориями и моделями, такими как теория возмущений, классическая электродинамика и квантовая механика. Они позволяют предсказывать вероятность и характер процесса взаимодействия фотонов и электронов.

В исследовании кинетики поглощения и рассеивания фотонов электронами широко используются экспериментальные методы, такие как фотоэмиссия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и электронная энергетическая потеря. Они позволяют изучать механизмы взаимодействия фотонов и электронов с высокой энергетической и пространственной разрешающей способностью.

Применение поглощения и рассеивания фотонов электронами

Поглощение и рассеивание фотонов электронами имеют широкий спектр применений в различных областях науки и технологий. Эти процессы играют значительную роль в физике, химии, медицине и других дисциплинах. Ниже рассмотрим некоторые из основных применений поглощения и рассеивания фотонов электронами.

1. Исследование структуры вещества

Поглощение и рассеивание фотонов электронами используются для исследования структуры и свойств различных материалов на микроскопическом уровне. Например, метод электронной связи использует поглощение и рассеивание электронами для получения информации о составе и расположении атомов в образцах.

2. Медицинская томография

Поглощение и рассеивание фотонов электронами также применяются в медицине для создания изображений внутренних органов человека. В медицинской томографии рентгеновские лучи поглощаются различными тканями и рассеиваются на разных глубинах, позволяя получить трехмерное изображение органов и тканей.

3. Лазерная технология

В лазерной технологии поглощение и рассеивание фотонов электронами играют важную роль. Например, лазеры могут использоваться для резки и сварки материалов, волоконной оптики для передачи сигналов, а также в оптических компьютерах и коммуникационных системах.

4. Рентгеноскопия и рентгенография

Поглощение и рассеивание фотонов электронами также используются в методах рентгеноскопии и рентгенографии. Рентгеновские лучи поглощаются различными структурами вещества и рассеиваются на разных углах, что позволяет получать изображения внутренних органов, костей и других тканей.

5. Исследования в области фотохимии

Поглощение и рассеивание фотонов электронами активно используются в исследованиях в области фотохимии. Эти процессы позволяют изучать реакции, происходящие под воздействием света, включая фотохимические процессы, фотоэлектрохимию и фотофизику.

6. Применение в фотонике

Поглощение и рассеивание фотонов электронами являются важными процессами в фотонике, области науки, изучающей свет и его взаимодействие с материалами. Фотоника используется в создании оптических компонентов и устройств, например, оптических волокон, светодиодов, лазеров и других.

Таким образом, поглощение и рассеивание фотонов электронами нашли широкое применение в различных областях науки и технологий. Эти процессы позволяют исследовать структуру вещества, получать изображения органов в медицине, использовать лазеры, проводить рентгеноскопию и рентгенографию, изучать фотохимические реакции и разрабатывать новые фотонические устройства.

Вопрос-ответ

Какие механизмы отвечают за поглощение фотонов электронами?

Основными механизмами поглощения фотонов электронами являются Compton-эффект, фотоэффект и рассеяние Томсона. Compton-эффект происходит, когда фотон соударяется с электроном и передает ему часть своей энергии, а сам приобретает новое направление и уменьшает свою энергию. При фотоэффекте фотон полностью поглощается электроном, который приобретает сверхэнергичное состояние и вылетает с поверхности. Рассеяние Томсона происходит при слабом взаимодействии фотона с электроном и проявляется в изменении направления движения фотона.

Какой механизм поглощения фотонов наиболее распространен среди электронов?

Среди электронов наиболее распространенным механизмом поглощения фотонов является Compton-эффект. Он происходит при соударении фотона с электроном, при котором фотон передает часть своей энергии электрону. Такой процесс особенно характерен для высоких энергий фотонов и результатом является изменение направления движения фотона и потеря его энергии.

Существуют ли механизмы рассеивания фотонов электронами?

Да, существуют различные механизмы рассеивания фотонов электронами. Один из таких механизмов — рассеяние Томсона, которое происходит при слабом взаимодействии фотона с электроном и приводит к изменению направления движения фотона. Также можно отметить и Compton-рассеяние, при котором фотон передает часть своей энергии электрону и меняет свое направление движения. Оба этих механизма имеют важное значение при изучении взаимодействия фотонов с электронами.

Какие электроны поглощают фотоны а какие рассеивают

В результате исследования явлений, связанных с взаимодействием света и вещества (тепловое излучение и фотоэффект), физики пришли к выводу, что свет состоит из отдельных порций энергии — фотонов . Излучение света, его распространение и поглощение происходит строго этими порциями.

Фотоны обладают энергией и импульсом и могут обмениваться ими с частицами вещества (скажем, с электронами или атомами). При этом мы говорим о столкновении фотона и частицы. При упругом столкновении фотон меняет направление движения — свет рассеивается. При неупругом столкновении фотон поглощается отдельной частицей или совокупностью частиц вещества — так происходит поглощение света. Словом, фотон ведёт себя как частица и поэтому — наряду с электроном, протоном, ней- троном и некоторыми другими частицами — причислен к разряду элементарных частиц.

Фотон — элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле — света).

Свойства фотона:

• Это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света.
• Заряд фотона также равен нулю .
• Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения (спиральностью) ±1. Этому свойству в классической электродинамике соответствует круговая правая и левая поляризация электромагнитной волны.
• Фотону как элементарной частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм , он проявляет одновременно свойства частицы и волны. Фотоны обозначаются буквой γ, поэтому их часто называют гамма-квантами (особенно фотоны высоких энергий); эти термины практически синонимичны.
• С точки зрения Стандартной модели фотон является калибровочным бозоном . Виртуальные фотоны являются переносчиками электромагнитного взаимодействия, таким образом обеспечивая взаимодействие, например, между двумя электрическими зарядами. Он участвует в электромагнитном и гравитационном взаимодействии.

Фотоны излучаются во многих природных процессах, например, при движении электрического заряда с ускорением ,

при переходе атома или ядра из возбуждённого состояния в состояние с меньшей энергией ,

или при аннигиляции пары электрон-позитрон .

При обратных процессах — возбуждение атома, рождение электрон-позитронных пар — происходит поглощение фотонов.

Энергия фотона , выраженная через частоту:

Импульс фотона:

Направление импульса фотона совпадает с направлением светового луча. Чем больше частота ν, тем больше энергия Е и импульс р фотона и тем отчетливее проявляются корпускулярные свойства света.

Масса движущегося фотона:

Корпускулярно-волновой дуализм и принцип неопределенности

Корпускулярно-волновой дуализм — проявление в поведении одного и того же объекта как корпускулярных, так и волновых свойств.

С одной стороны, фотон демонстрирует свойства электромагнитной волны в явлениях дифракции и интерференции в том случае, если характерные размеры препятствий сравнимы с длиной волны фотона. Например, одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, которую можно описать уравнениями Максвелла.

Тем не менее, эксперименты показывают, что фотон не является коротким импульсом электромагнитного излучения. Фотоны излучаются и поглощаются целиком объектами, которые имеют размеры, много меньшие длины волны фотона (например, атомами), или вообще в некотором приближении могут считаться точечными (например, электронами). Таким образом, фотоны в определённом смысле ведут себя как точечноподобные частицы.

Ключевым элементом квантовой механики является принцип неопределенности Гейзенберга , который запрещает одновременное точное определение пространственной координаты частицы и её импульса по этой координате. Иллюстрацией этого может служить знаменитый мысленный эксперимент с идеальным микроскопом, определяющим координату электрона путём облучения его светом и регистрации рассеянного света (гамма-микроскоп Гейзенберга). Положение электрона может быть определено с точностью Δx, равной разрешающей способности микроскопа.

Таким образом, неопределённость координаты Δx можно сделать сколь угодно малой, уменьшая длину волны λ падающих лучей. Однако после рассеяния электрон приобретает некоторый дополнительный импульс, неопределённость которого равна Δp. Если бы падающее излучение не было квантованным, эту неопределённость можно было бы сделать сколь угодно малой, уменьшая интенсивность излучения.

С учетом того, что фотон может быть рассеян в любом направлении в пределах угла Θ, неопределённость переданного электрону импульса равняется:

После умножения первого выражения на второе получается соотношение неопределенностей Гейзенберга :

Таким образом, весь мир квантован: если вещество подчиняется законам квантовой механики, то и поле должно им подчиняться, и наоборот.

Давление света

Свет оказывает давление на освещаемую поверхность. Предположим, что на некоторое тело падает свет частоты ν. Лучи направлены перпендикулярно поверхности тела; площадь освещаемой поверхности равна S.

Пусть n — концентрация фотонов падающего света, то есть число фотонов в единице объёма. За время t на нашу поверхность попадают фотоны, находящиеся внутри цилиндра высотой ct. Их число равно:

N = nV = nSct

При падении света на поверхность тела часть световой энергии отражается, а часть — поглощается.

Пусть r — коэффициент отражения света; величина r < 1 показывает, какая часть световой энергии отражается от поверхности. Соответственно, величина 1 − r — это доля падающей энергии, поглощаемая телом.

Энергия света пропорциональна числу фотонов. Поэтому можно написать, какое количество фотонов (из общего числа N) отразится от поверхности, а какое — поглотится ею:

Импульс каждого падающего фотона равен p = hν/c . Поглощённый фотон испытывает неупругое столкновение с телом и передаёт ему импульс p. Отражённый фотон после упругого столкновения меняет направление своего импульса на противоположное, и поэтому импульс, переданный телу отражённым фотоном, равен 2p. Таким образом, от каждого фотона, входящего в световой поток, тело получает некоторый импульс. Вот причина того, что свет оказывает давление на освещаемую поверхность.

Суммарный импульс, полученный телом от N падающих фотонов, равен:

P = 2p · Nотр + p · Nпогл = 2prN + p(1 − r)N = (1 + r)pN.

На нашу поверхность S действует сила F, равная импульсу, полученному телом в единицу времени: F = P/t = (1 + r)hνnS .

Давление света есть отношение этой силы к площади освещаемой поверхности:

p_света = F/S = (1 + r)hνn

Давление света равно энергии света в единице объёма, то есть объёмной плотности энергии w:

Это и есть формула для давления света, теоретически выведенная Максвеллом (в рамках классической электродинамики) и экспериментально проверенная в опытах Лебедева.

Гипотеза де Бройля

Анализ всей совокупности опытных данных об оптических явлениях привел к понятию корпускулярно-волнового дуализма света. Такие оптические явления, как дифракция и интерференция, хорошо объясняются с позиции волновой природы света, в то время как фотоэффект, тепловое излучение и ряд других явлений свидетельствуют о том, что свет представляет собой поток частиц-фотонов.

В 1924 г. выдающийся французский физик Луи де Бройль выдвинул смелое предположение о том, что корпускулярно-волновой дуализм является универсальным свойством материи. По гипотезе де Бройля вещество и, прежде всего элементарные частицы, обладают волновыми свойствами. Отсюда следует, что проявляющий волновые свойства электрон должен при рассеянии в определенных условиях давать интерференционную картину. По идее де Бройля движение любой элементарной частицы связано с волновым процессом. Длина волны такой частицы, как и фотона, определяется следующим образом:

Учтем, что импульс движения электрона равен:

где: m_e – масса электрона, v – скорость электрона.

Тогда выражение для электрона примет вид:

Физический смысл волн де Бройля, связанных с движущимися частицами, например с электронами:

• Волны де Бройля не имеют аналогов в классической физике. Они имеют квантовую природу.
• Волны де Бройля не связаны с распространением какого-либо электромагнитного поля. Например, с заряженной частицей, движущейся равномерно, не связано распространение электромагнитного поля, в то время как волновые свойства (электрона) проявляются и в этом случае.
• Волны де Бройля имеют статистический (вероятностный) характер. Интенсивность волн в данной точке пространства определяет количество электронов, попавших в эту точку за одну секунду.
• Волна де Бройля описывает движение материальной частицы, но не дает никаких сведений о том, что принято называть «структурой» микрочастицы (электрона).

Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля нашло свое отражение в многочисленных опытах:

• в 1927 г. К. Дэвиссон и Л. Джермер исследовали отражение электронного пучка от монокристаллов Ni и показали возможность дифракции для электронов; независимо от них, а также независимо друг от друга ученые П. Томсон и П.С. Тартаковский провели опыты по дифракции электронов на тонкой поликристаллической фольге;
• в 1949 г. Л.М. Биберман, Н.Г. Сушкин и В.А. Фабрикант исследовали явление дифракции единичных электронов и установили, что волновые свойства присущи каждому движущемуся электрону. Эти опыты по дифракции являются экспериментальным подтверждением волновых свойств микрочастиц.

Микрочастицами принято называть такие частицы, которые проявляют волновые свойства. К ним относятся элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны и т.д.), а также атомы, ядра и молекулы.

Информация о материале Просмотров: 15429

• Вы здесь:
• Главная
• 11 класс
• Физика
• Фотоны. Давление света. Гипотеза де Бройля