История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...
Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
Топ:
Выпускная квалификационная работа: Основная часть ВКР, как правило, состоит из двух-трех глав, каждая из которых, в свою очередь...
Техника безопасности при работе на пароконвектомате: К обслуживанию пароконвектомата допускаются лица, прошедшие технический минимум по эксплуатации оборудования...
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов...
Интересное:
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы...
Что нужно делать при лейкемии: Прежде всего, необходимо выяснить, не страдаете ли вы каким-либо душевным недугом...
Дисциплины:
2018-01-04 | 303 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
В одних явлениях (интерференция, дифракция и др.) свет проявляет свои вол-
новые свойства, а при тепловом излучении и при поглощении в фотоэффекте свет ведет себя как поток частиц (названных фотонами) с энергией: , где – постоянные Планка, w– циклическая частота электромагнитного излучения, n – частота электромагнитного излучения, с – скорость света в вакууме, –длина волны электромагнитного излучения.
Фотон имеет нулевую массу покоя, движется со скоростью света и его импульс p равен:
или ,
где – волновое число, – энергия фотона, направление импульса фотона совпадает с направлением волнового вектора : .
Давление света
Свет оказывает давление на освещаемую поверхность. Рассмотрим монохроматический световой поток частоты ν, падающий по нормали на плоскую поверхность площадью S с коэффициентом отражения ρ. По закону сохранения импульса относительно оси z, нормальной к поверхности
,
где - импульс падающего фотона с частотой ν (), - импульс, передаваемый фотоном поверхности, - импульс отраженного фотона, ρ – коэффициент отражения. N фотонов передают поверхности импульс . Число фотонов, падающих по нормали на поверхность за время Δt равно , где n – число фотонов в единице объема, V – объем цилиндра площадью S и длиной сt, . (Рис.7).
Рис.7
Импульс , передаваемый поверхности световым потоком за время Δt, равен
,
а давление
,
где nh ν – энергия фотонов в единичном объеме падающего светового потока, то есть плотность энергии w.
Примеры решения задач.
Задача 1. Определите, с какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его кинетическая энергия была равна энергии фотона с длиной волны 1) 0,55 мкм,
|
2) 1 пм.
Решение. Чтобы определить, является ли электрон классической или релятивистской частицей, энергию фотона следует сравнить с энергией покоя электрона . Вычислим соотношение
В первом случае получим 4,41·10-6, т.е. кинетическая энергия электрона много меньше его энергии покоя, и определяется по классической формуле: . Тогда
м/с.
Во втором случае , следовательно, кинетическая энергия электрона определяется релятивистской формулой:
.
Приравняв ее к энергии фотона , найдем
= 2,87×108 м/с.
Задача 2. Определите температуру, при которой средняя энергия молекул трехатомного газа равна энергии фотонов, соответствующих излучению с длиной волны 500 нм.
Решение. Средняя энергия молекулы ,где - число степеней свободы, для трехатомного газа . Энергия фотона .
Приравняв, эти энергии , получим = 9,6 кК.
Задача 3. Определите длину волны фотонов, импульс которого равен импульсу электрона, прошедшего разность потенциалов 10 В.
Решение. Кинетическая энергия электрона , откуда его импульс . Приравняв его к импульсу фотона , получим:
= 388 пм.
Задача 4. Сколько фотонов испускает электрическая лампочка мощностью 25 Вт за время t = 1 с, если предположить, что вся потребляемая мощность идет на излучение монохроматического света с длиной волны 600 нм?
Решение. Энергия, потребляемая электрической лампочкой равна энергии испущенных фотонов , откуда число фотонов = 7,54×1019.
Задача 5. Параллельный пучок света длиной волны 500 нм падает нормально на зачерненную поверхность, производя давление 10 мкПа. Определите концентрацию фотонов в пучке и число фотонов, падающих на поверхность площадью 1 м2 за 1 с.
Решение. Концентрация фотонов в пучке может быть найдена из выраже-
ния для объемной плотности энергии :
, где - энергия одного фотона.
Из формулы, определяющей давление света, , где r - коэффициент отражения, найдем
, откуда .
Коэффициент отражения для зачерненной поверхности , тогда
n = 2,52·1013м-3. Число фотонов, падающих на поверхность единичной площади в единицу времени, выражается соотношением
|
м-2·с-1.
Эффект Комптона.
В 1922 году А. Комптон, исследуя рассеяние рентгеновского излучения различными веществами обнаружил, что в нем наряду с исходной длиной волны появляется смещенная линия с длиной волны ¢ > (Рис.8).
Рис.8 Схема установки по изучению эффекта Комптона
Это изменение длины волны получило название комптоновского смещения, а само явление эффекта Комптона. Комптоновское смещение не зависит от длины волны и от природы рассеивающего вещества и определяется формулой:
,
где – масса электрона или другой заряженной частицы, - комптоновская длина волны этой частицы, l и l ¢ - длины волн падающего и рассеянного излучения; q–угол рассеяния. Для электрона 2,42пм.
Все закономерности эффекта Комптона можно объяснить, если рассмотреть упругое столкновение рентгеновского кванта с покоящимся электроном, слабо связанным с атомом. Происходит процесс, напоминающий удар двух биллиардных шаров, когда один шар (рентгеновский квант) налетает на покоящийся шар (электрон) и в результате абсолютно упругого удара шары (рассеянный квант и электрон) разлетаются под некоторым углом. Налетающий квант с энергией передает часть своей энергии электрону, поэтому рассеянный квант имеет меньшую энергию и, следовательно, большую длину волны. Энергия рентгеновского кванта (десятки кэВ) на несколько порядков превосходит энергию связи электрона в атоме (десятки эВ), поэтому наиболее слабо связанные с атомом электроны внешних оболочек можно считать свободными и покоящимися.
|
|
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!