КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Quantum teorіya fotoefektu




Друго аз tretіy Закони zovnіshnogo fotoefektu не vdaєtsya vitlumachiti на pіdstavі klasychnoji elektromagnіtnoї teorії Svitla. Zgіdno ите tsієyu teorієyu virivannya elektronіv provіdnostі ите metalіv Je naslіdkom їh "rozgoyduvannya" в elektromagnіtnomu polі svіtlovoї hvilі, як спазвайте pіdsilyuvatis в zrostannі іntensivnostі Svitla аз proportsіynoї її energetichnoї osvіtlenostі фотокатодния.

Айнщайн в prodovzh іdeї квантуване на Планк за energіyu atomіv - ostsilyatorіv, Vislova gіpotezu, zgіdno yakoї Svitlo не tіlki vipromіnyuєtsya, бира и rozpovsyudzhuєtsya в prostorі аз poglinaєtsya rechovinoyu в viglyadі дискретна kvantіv elektromagnіtnogo vipromіnyuvannya - fotonіv.

Когато zovnіshnomu fotoefektі Electron provіdnostі metalіv poglinaє фотон oderzhuє Yogo energіyu povnіstyu. За vihodu и метъл музика Electron виновен zdіysniti vihodu робот. Том rіvnyannya за Айнщайн zovnіshnogo fotoefektu, як virazhaє право zberezhennya energії в fotoefektі, Got viglyad:

(1.2)

bezposeredno viplivaє други закони W rіvnyannya Айнщайн fotoefektu:

(1.3)

Така ранг, аз остаряла tіlki ОД Svitla честота сега аз Robot vihodu Electonics ите фотокатодния.

Максималната Pochatkova kіnetichna energіya fotoelektronіv депозити ОД честота сега Svitla lіnіynomu от закона. Вон peretvoryuєtsya нула при chastotі , Як vіdpovіdaє chervonіy granitsі zovnіshnogo fotoefektu:

(1.4)

Otzhe, граничните депозити Chervona tіlki OD роботи vihodu Electonics и метал.

Фиг. 1.4 zobrazhena zalezhnіst maksimalnoї kіnetichnoї energії fotoelektronіv ОД Svitla честота сега за цинк и nіkelyu. Usі pryamі paralelnі 12:59, и pohіdna не са депозити ОД materіalu катод ия chiselno rіvna postіynoї Планк ч. Vіdrіzki Scho vіdsіkayutsya ордината osі, chiselno dorіvnyuyut robotі A vihodu elektronіv ите vіdpovіdnih metalіv.

Когато duzhe velikіy іntensivnostі Svitla sposterіgaєtsya bagatofotonny fotoefekt: Electron Mauger otrimati odnochasno energіyu не един, а N fotonіv. В tsomu vipadku rіvnyannya право zberezhennya energії в zovnіshnomu fotoefektі PID dієyu Svitla честота предприятието Имаш viglyad:

(1.5)

Chervona граница N - фотон fotoefektu ,

Zovnіshnіy fotoefekt - bezіnertsіyny, tobto vipuskannya fotoelektronіv pochinaєtsya odrazu Е як tіlki на фотокатодния padaє Svitlo и честота , Je Цзе пререже odne pіdtverdzhennya квантова природа vzaєmodії Svitla ите rechovinoyu.

6 0 Osnovnі zakonomіrnostі zovnіshnogo fotoefektu за metalіv добър opisuyutsya teorієyu Фаулър. Zgodne їy, pіslya poglinannya в metalі фотон Yogo energіya ход provіdnostі Electro, Electro vnaslіdok chogo газ metalі skladaєtsya ите sumіshі gazіv ите Нормално rozpodіlom Fermі-Дирак аз zbudzhenim (zrushenim да HV) rozpodіlom на energіyah. Gustina fotostrumu viznachaєtsya Фаулър формула:



де B 1, B 2, B 3 - postіynі koefіtsієnti, zalezhnі ОД vlastivostey opromіnyuvanogo метал.

7. Як показа eksperimenti в natsіonalnomu metrologіchnomu іnstitutі Nіmechchini Physikalisch-Technische Bundesanstalt, в резултат на yakih opublіkovanі kvіtnya 2009 24 стр. в Physical Review Letters, в m'yakomu rentgenіvskomu dіapazonі dovzhin Hvilya в gustinі potuzhnostі на rіvnі dekіlkoh petawatts (10 15 W) на квадратен сантиметър zagalnopriynyata теоретичен характер модел fotoefektu Mauger viyavitisya nevіrnoyu. Vіdpovіdno да zakonіv traditsіynogo fotoefektu фотон Scho volodіє dostatno energієyu храм, "vibivaє е един атом Electron іz zovnіshnoї orbіti. Process Tsey, як vіdomo, demonstruє аз pіdtverdzhuє квантова природа Svitla. Vіdomo takozh, Scho Duzhe храм в іntensivnostyah korotkoіmpulsnogo (фемтосекунди) dovgohvilovogo vipromіnyuvannya Mauger vіdbuvatisya bagatofotonna іonіzatsіya.

Porіvnyalnі kіlkіsnі doslіdzhennya rіznih materіalіv в Gamburzі показа Scho Glibin vzaєmodії mіzh vipromіnyuvannyam аз rechovinoyu іstotno депозити ОД структуриране atomіv tsієї rechovini аз korelyatsії mіzh vnutrіshnіmi Electonics obolonkami. В vipadku и ксенон, Yaky vikoristovuvavsya в eksperimentah, излагане fotonіv Пакетната в краткосрочен іmpulsі водят до odnochasnoї emіsії bezlіchі elektronіv ите vnutrіshnіh obolonok.

Фигура 1.5. Fotoіonіzatsіya ксенон: а) klasichny fotoefekt на zovnіshnіh rіvnyah в nizkіy іntensivnostі fotonіv; б) іonіzatsіya mogutnіm dovgohvilovim vipromіnyuvannyam; в) іonіzatsіya korotkohvilovim rentgenіvskim vipromіnyuvannyam visokoї іntensivnostі.

§. Задача 1. Максимална Viznachiti shvidkіst υ макс fotoelektronіv Scho vilіtayut ите poverhnі srіbla dієyu PID:

1) ultrafіoletovogo vipromіnyuvannya, dovzhina hvilі yakogo λ 1 = 155 нм;

2) γ - vipromіnyuvannya S dovzhinoyu hvilі λ 2 = 2.47 пМ.

Rozv'yazannya. Максимална shvidkіst fotoelektronіv viznachaєmo ите rіvnyannya за fotoefektu Айнщайн (2.3):

ε = A + T макс. Energіyu фотон viznachaєmo формула за ε = HC / λ, роботът вземе vihodu А и маса; srіbla за A = 4.7 ЕГ.

Kіnetichna energіya fotoelektrona в zalezhnostі ОД на як Got vіn shvidkіst, Mauger Бути Virage ABO за klasichnoyu формула T = m 0 υ 2/2 ABO за relyativіstskoyu формула T = (m - m 0) в 2.

Shvidkіst fotoelektrona депозити OD energії фотон Yaky viklikaє fotoefekt: Yakscho energіya фотон ε nabagato Mensch ОД energії Спок E-м 0 в 2, а след това Mauger Бути zastosovana klasichna формула Yakscho ε mozhna porіvnyati іz размера energії Спок Electonics, в tsomu vipadku kіnetichnu energіyu treba viznachati за relyativіstskoyu формула.

1. формула energії фотон ε = ч в / λ pіdstavimo Стойност Значение ч, с, λ един vikonavshi rozrahunok за ultrafіoletovogo vipromіnyuvannya otrimaєmo д 1 = 1,28 ∙ 10 -18 J = 8 ЕГ.

Дзе стойности energії фотон nabagato малко след това energії Спок Electonics (0.51 MeV). Том за danogo vipadku максимална kіnetichna energіya fotoelektrona Mauger Бути Virage за klasichnoyu формула и същ:

A = ε 1 + m 0 2 υ макс / 2 zvіdki υ макс = (21 - A) / m 0) 1/2. Pіdstavivshi chislovі стойност на A = 4.7 ЕГ = 0.75 ∙ 10 -18 J 0 е т = 9,1 ∙ 10 -31 кг, Максимално rozrahovuєmo shvidkіst: υ макс = 1,08 ∙ 10 6 m / сек.

2. Energіya фотонни γ-vipromіnyuvannya dorіvnyuє:

ε 2 = HC / λ 2 = 8.04 ∙ 10 -15 J = 0.502 MeV.

Робот vihodu Electron (A = 4.7 ЕГ) е малък porіvnyano іz energієyu γ-фотон, до максимум kіnetichna energіya Electonics практически dorіvnyuє energії фотон: T макс = епсилон 2 = 0,502 MeV.

Oskіlki в danomu vipadku kіnetichnu energіya Electonics mozhna porіvnyati іz Yogo energієyu Спок, тогава viznachennya shvidkostі Electonics relyativіstsku трябва да вземе на формула за kіnetichnoї energії:

Ттах = М 0 ° С 2 (1 / (1- υ 2 макс / C 2) 1/2 - 1)

Vikonavshi peretvorennya, viznachaєmo Максимална shvidkіst fotoelektronіv: υ макс = 226 ∙ 10 6 m / сек.

§. Задача 2. Photon и energієyu ε = 0,75 MeV rozsіyuєtsya на vіlnomu elektronі PID Кут φ = 60 0. Vvazhayuchi Scho kіnetichna energіya че іmpuls Electron да фотона vdaєmodії ите Буле nehtovno malimi, viznachiti:

1) ε energіyu фотон Scho rozsіyuєtsya 2) kіnetichnu energіyu Electonics vіddachі; 3) E-napryamok Ruhu.

Rozv`yazannya. 1. фотон Energіyu Scho rozsіyuєtsya, viznachaєmo ите Compton формула:

ламбда - ламбда 0 = H (1 - защото φ) / м 0 гр.

Virazhaєmo dovzhini Hvilya λ аз λ 0 чрез energії vіdpovіdnih fotonіv, todі otrimaєmo:

HC / ε - HC / ε = ч (1- защото φ) / m 0 гр.

Podіlimo obidvі Частейн tsogo rіvnyannya на HC, todі:

1 / ε - 1 / ε = (1- COS φ) / m 0 ° С 2.

W ostannogo rіvnyannya viznachaєmo energіyu ε

ε = ε / [(ε / m 0 ° С 2) (1 COS φ) + 1]. (1)

Vikonavshi chislovі rozrahunki, otrimaєmo:

ε = 0,43 MeV.

2. E-Kіnetichna energіya vіddachі, як ТСЕ viplivaє іz право zberezhennya energії, dorіvnyuє rіznitsі mіzh energієyu ε фотон Scho padaє, аз ε energієyu фотон Yaky rozsіyuєtsya:

Чрез E = ε - ε = 0,32 MeV.

3. E-Napryamok Ruhu vіddachі viznachaєmo ите право zberezhennya іmpulsu, zgіdno yakogo іmpuls р фотон Scho padaє, dorіvnyuє vektornіy sumі іmpulsu м 0 υ E-vіddachі че іmpulsu р фотон Yaky rozsіyuєtsya ,:

р = р + m 0 υ.

іmpulsіv zobrazhena Векторът dіagrama на фиг. 1.

OAO Всички вектори в Фигура 1 provedenі ите точка O де znahodivsya Elektron на фотон времето vzaєmodії ите. Кут θ viznachaє napryamok Ruhu Electonics vіddachі.

Іz trikutnika OSD viznachaєmo:

TG θ = CD / OD = CA ∙ грях φ / (ОА - CA ∙ COS φ),

TG θ = р грях φ / ( стр - стр ∙ защото φ).

Oskіlki р = ε / СР = ε / C

TG θ = ε ∙ грях φ / (ε - ε cosφ). (2)

Peretvoryuєmo формула (2), така че обитателите кът θ virazheny ЦКБ по отношение на φ т.е., SSMSC zadanі в umovі zadachі. W с формула (1) maєmo:

ε / ε = [ε / E 0 (1 COS φ)] + 1. ( 3)

Vidіlivshi в formulі (2) vіdnoshennya ε / ε е zamіnivshi Yogo за formulі (3), otrimaєmo:

TG θ = грях θ / [( 1 + ε / E 0) ∙ (1- COS θ)] .

Vrahovuyuchi Scho грях θ = 2 грях (θ / 2) ∙ защото (θ / 2) и (1-защото θ) = 2 греха 2 (θ / 2), pіslya vіdpovіdnih peretvoren otrimaєmo:

TG θ = CTG (θ / 2) / (1 + ε / E 0).

Pіslya цифров rozrahunkіv maєmo TG θ = 0701; zvіdki θ = 35 0.

Vіdpovіd: ε = 0,43 MeV, E к = 0,32 MeV, тета = 35 0.

§ .Korpuskulyarno-hvilovy dualіzm. Vlastivostі Hvilya дьо Бройл. Spіvvіdnoshennya neviznachenostey Хайзенберг.

Іnterferentsіya аз difraktsіya Svitla perekonlivo svіdchat за hvilovu Svitla природата. В същия час zakonomіrnostі rіvnovazhnogo топлина vipromіnyuvannya, fotoefektu ия efekta Compton mozhna uspіshno vitlumachiti лишаване от pіdstavі квантовата uyavlen за Svitlo як около potіk дискретна fotonіv. Защ hvilovy аз Quantum (еритроцитите) zasіb инвентаризация Svitla не superechat и vzaєmno dopovnyuyut нито една, така Scho Svitlo odnochasno volodіє hvilovimi аз съм еритроцитите vlastivostyami. Vono Je dіalektichnoyu єdnіstyu (dvoєdnіstyu) Tsikh protilezhnih vlastivostey.

Іdeya unіversalnoї телце hvilovoї dvoєdnostі стана osnovopolozhnoyu в kvantovіy mehanіtsі.Kvantova mehanіka vinikla в zv'yazku и изисква poyasniti Ti yavischa, SSMSC vіdbuvayutsya в Malih dіlyankah простор за участие chastinok maloї Masi, tobto yavischa, SSMSC klasichna fіzika poyasniti Bula bezsila. През 1924 г. Луи дьо Бройл visunuv smіlivu gіpotezu за еритроцитите-hvilovy dualіzm materіalnih chastinok, основния іdeya yakoї за hvilovі vlastivostі chastinok Bula nezabarom pіdtverdzhena на difraktsії elektronіv и potіm - neytronіv, protonіv и takozh атоми gelіyu аз natrіyu.

В vіdpovіdnostі да teorії vіdnosnostі Luі дьо Бройл vihodit ите на очи, Scho и кожен chastinkoyu ите masoyu Спок pov'yazany hvilovy процеси S честота Така Scho De ч - Планк стана; с - shvidkіst Svitla в vakuumі. Tsey основния постулат oznachaє, Scho кожен chastinka materії даже аз mіstsem Jerel zv'yazanogo е трептения честоти й е, як viznachaєtsya vischezgadanim spіvvіdnoshennyam. Том дьо Бройл формула vstanovlyuє zalezhnіst dovzhini hvilі chastinki, як ruhaєtsya, ОД іmpulsu chastinki р:

(1.1)

де м - MASA chastinki; - Shvidkіst; з - Планк започна.

Tsі hvilі nazivayutsyahvilyami дьо Бройл. Де Бройл формула труд takozh Inshyj viglyad

, (1.2)

де - Hvilovy вектор; и - Hvilove брой брой tobto dovzhin Hvilya, SSMSC на ukladayutsya odinitsyah dovzhini, J × стр.

Dovzhina hvilі дьо Бройл chastinki ите masoyu м, як Got kіnetichnu energіyu

(1.3)

За Electonics, Yaky priskorivsya в elektrichnomu polі ите rіznitseyu potentsіalіv волт

, (1.4)

Hvilovі vlastivostі viyavlenі не трябва makroskopіchnih tіlah. Dovzhini Hvilya дьо Бройл за такава Тил nastіlki malі Scho viyaviti hvilovі vlastivostі nemozhlivo.

Фазата shvidkіst Hvilya дьо Бройл vіlnoї chastinki

, (1.5)

де - Energіya vіlnoї chastinki; - Іmpuls; м - MASA; - Shvidkіst chastinki; - Dovzhina debroylevskoї hvilі. Zalezhnіst fazovoї shvidkostі debroylevskih Hvilya ОД dovzhini hvilі pokazuє Scho hvilі zaznayut dispersії. Grupovogo shvidkіst Hvilya дьо Бройл dorіvnyuє shvidkostі chastinki

, (1.6)