Квантові властивості світла - студопедія
У 1887 р один з основоположників електродинаміки Г. Герц при висвітленні цинкової пластини, з'єднаної зі стрижнем електрометрії, виявив явище фотоелектричного ефекту, який полягає в тому, що з поверхні металевої пластини під дією світла вириваються негативно заряджені частинки. Позденее було доведено, що зарядженими частинками є електрони. Випускання електронів речовиною під дією електромагнітного випромінювання називається фотоефектом. Закономірності фотоефекту були встановлені експериментально в 1888-1889 рр. українським фізиком А.Г. Столєтова (1839-1896). Спроба пояснити їх в рамках електромагнітної теорії світла Максвелла не вдалася.
Електромагнітна теорія Максвелла і електронна теорія Лоренца незважаючи на величезні успіхи були дещо суперечливі і при їх застосуванні виникали труднощі. Обидві теорії ґрунтувалися на гіпотезі про ефір, тільки «пружний ефір» був замінений «ефіром електромагнітним» (теорія Максвелла) або «нерухомим ефіром» (теорія Лоренца). Теорія Максвелла не змогла пояснити не тільки фотоефект, а й процеси випускання і поглинання світла, комптонівського розсіювання і т. Д. Теорія Лоренца в свою чергу виявилося неспроможною в пояснити багато явищ, пов'язані з взаємодією світла з речовиною, розподіл енергії по довжинах хвиль при тепловому випромінюванні абсолютно чорного тіла і ін.
Перераховані труднощі і протиріччя були подолані завдяки сміливою гіпотези, висловленої в 1900 році німецьким фізиком М. Планком (1858-1947), згідно з якою випромінювання світла відбувається не безперервно, а дискретно, т. Е. Певними порціями (квантами), енергія яких визначається частотою:
де h - постійна Планка.
Теорія Планка не потребувала в понятті про ефірі і вона пояснила теплове випромінювання абсолютно чорного тіла.
А. Ейнштейн в 1905 р обгрунтував квантову природу світла. не тільки випромінювання світла, але і його поширення відбуваються у вигляді потоку світлових квантів - фотонів. енергія яких визначається наведеної вище формулою Планка, а імпульс
де, с - швидкість світла, - довжина хвилі.
Найбільш повно квантові властивості електромагнітних хвиль проявляються в ефекті Комптона. при розсіянні монохроматичного рентгенівського випромінювання речовиною з легкими атомами в складі розсіяного випромінювання поряд з випромінюванням, що характеризується попередньою довжиною хвилі, спостерігається випромінювання з більш довгою хвилею.
Квантові уявлення про світло узгоджуються з законами випромінювання і поглинання світла, законами взаємодії випромінювання з речовиною. Такі оптичні явища, як інтерференція, дифракція і поляризація світла, добре пояснюються в рамках хвильових уявлень. Все різноманіття вивчених властивостей і законів поширення світла, його взаємодії з речовиною показує, що світло має складну природу: він являє собою єдність протилежних властивостей - корпускулярного (квантового) і хвильового (електромагнітного). Тривалий шлях розвитку привів до сучасних уявлень про двоїстої корпускулярно-хвильову природу світла. Наведені вище висловлювання пов'язують корпускулярні характеристики випромінювання - енергію і імпульс кванта - з хвильовими - частотою і довжиною хвилі. Таким чином, світло являє собою єдність дискретності і безперервності.
1. У чому полягає основне завдання фізики?
2. Назвіть основні етапи розвитку фізики.
3. У чому сутність концепції атомізму? Хто її вперше запропонував?
4. Хто і коли відкрив електрон?
5. Що таке універсальність фізичних законів?
6. Назвіть основні види фундаментальних взаємодій і охарактеризуйте їх.
7. Назвіть основні структурні перетворення в макро-, мікро- і мегамире.
8. Сформулюйте принцип тотожності.
9. Охарактеризуйте коротко проблему створення єдиної фундаментальної теорії.
10. Які види матерії розрізняють в сучасному поданні?
11. Сформулюйте закон всесвітнього тяжіння.
12. У чому полягає релятивістське і гравітаційне уповільнення часу?
13. Сформулюйте принцип відносності в сучасному поданні.
14. Сформулюйте постулати спеціальної теорії відносності.
15. З яких властивостей простору і часу випливають закони збереження?
16. У чому сутність класичної концепції Ньютона?
17. Сформулюйте основні положення молекулярно-кінетичних уявлень.
18. Сформулюйте перший закон термодинаміки.
19. Охарактеризуйте коротко суть неможливості створення вічного двигуна другого роду.
20. Дайте кількісну формулювання другого закону термодинаміки.
21. У чому полягає сутність проблеми теплової смерті Всесвіту?
22. У чому сутність концепцій дальнодействия і близкодействия?
23. Відповідно до квантової теорії поле дискретно або безперервно?
24. Хто і коли створив електромагнітну теорію поля?
25. Охарактеризуйте коротко історію розвитку уявлень про світло.
26. У чому виявляються хвильові властивості світла?
27. Напишіть формулу, яка підтверджує хвильову і квантову теорію світла.