Zjawiska dyfrakcji i interferencji potwierdzają falowy charakter światła.
Punkt o środku w którym spotykają się fale interferujące w fazach zgodnych spełnia warunek, że różnica dróg optycznych jest równa całkowitej wielokrotności długości fal.
Punkt w którym spotykają się fale w fazach przeciwnych (wygłuszeniu światła) spełnia warunek że różnica dróg optycznych jest równa nieparzystej wielokrotności połowy dług. fali.
Dla siatki dyfrakcyjnej, której odległość między szczelinami wynosi d (tą odległ nazywamy stałą siatki) warunek wzmocnienia ma postać (nλ=dsinαn ) Obraz który otrzymujemy na ekranie nazywamy obrazem interferencyjnym. Na podstawie obrazu interferencyjnego można wyznaczyć długość fali światła L>>x=> tg α1≈sin α1 Ponieważ L jest dużo większe od x
λ=d sinα1 =>d*(x/L) sinαn=(nλ)/d=> sinαczerw=(nλczer)/d, sinαfiol=(nλfiol)/d, długość fali fiolet najkrutsza, długość fali czerw najdłuższa λczer> λfiol=> αczerw> αfiol λ=v/υ
Fale spujne to takie, które mają tą samą częstotliwość i dla których w każdym punkcie różnica faz nie zależy od czasu.
Polaryzacja światła - Jeżeli drgania fali elektromagnetycznej zachodzą tylko w jednej płaszczyźnie to taką fale nazywamy falą spolaryzowaną liniowo. Fale można spolaryzować w wyniku zjawiska odbicia od dielektryka. Jeżeli promień odbity tworzy z promieniem załamanym kąt 90o to fala odbita od dielektryka jest spolaryzowana, a kąt padania dla którego zachodzi zjawisko polaryzacji nazywamy kątem Bruostera. tgα=n - warunek polaryzacji
Zjawisko fotoelektryczne polega na wybijaniu elektronów z sieci krystalicznej metali pod wpływem światła. Elektron pozostaje na powierzchni metalu (metal jest naelektryzowany) albo elektron opuszcza powierzchnię metalu. Foton porusza się z prędkością C - światła i nie występuje w spoczynku (nie ma masy spoczynkowej) Ef=hυ - energia fotonu. h=6,6*10-34 stałą Plankpa υ- częstotliwość padającego światła.
Wielkością charakterystyczną dla fal jest ich długość, natomiast dla cząsteczek ich pęd p=mv
E=mc2 - wzór Einsteina przypisuje każdej masie energię i odwrotnie, równoważność masy i energii. E/c=mc, pf=E/c, pf=(hυ)/c - pęd fotonu, λ=c/υ, pf=h/λ Zależność ta łączy własności korpuskularne światła (pęd fotonu) z własnościami falowymi światła czyli z długością.
Światło ma więc dwoistą naturę, nazywamy to dualizmem korpuskularno - falowym światła. Światło rozchodzi się w przestrzeni jak fala zaś oddziaływuje z materią jak cząsteczka.
Aby wyrwać elektron z sieci krystalicznej danego metalu potrzebna jest określona, charakterystyczna dla tego metalu porcja energii zwaną porcją wyjścia elektronu z metalu. Jeżeli padający foton ma energię dokładnie równą pracy wyjścia to elektron zostanie wyrwany z sieci krystalicznej i znajdzie się na powierzchni metalu (metal naelektryzowany ujemnie). Jeżeli wypadający foton ma energię większą od pracy wyjścia to elektron opuści powierzchnię metalu, ponieważ będzie miał energię kinetyczną. Jeżeli energia fotonu jest mniejsza od pracy wyjścia to zjawisko fotoelektryczne nie zachodzi. Każdy foton może uwolnić tylko jeden elektron hυ=W+Ekel
De Brogile postawił hipotezę, że dualizm korpuskularno falowy jest zjawiskiem powszechnym i powinien występować gdy mamy do czynienia z cząsteczkami materialnymi, których masa spoczynkowa jest różna od zera. Z każdą cząsteczką poruszającą się skojarzona jest fala płaska. Właściwości falowe i cząsteczkowe są powiązane związkiem λ=h/p- fala Brogila. Każdej cząsteczce poruszającej się o pędzie p możemy przypisać falę o długości λ i falę tą nazywamy falą de Brogila. Falę de Brogila stowarzyszone (przypisane) z obiektami makroskopowymi mają tak małą długość, że rozpatrywanie ich i uwzględnianie ich własności falowych nie ma sensu. Natomiast fale stowarzyszone z cząsteczkami typu proton, elektron poruszającymi się z dużymi prędkościami mają długość porównywalną z długościami fal elektromagnetycznych takich jak np. promieniowanie rentgenowskie. p=√2Eme
Promieniowanie rentgenowskie zostało odkryte w 1895 r. Otrzymujemy je w lampie rentgenowskiej. Promieniowanie to powstaje podczas hamowania elektronów (o dużej energii emitowanych z katody) na anodzie. Anoda musi być wykonana z trudno topliwego materiału i chłodzona. Elektrony tracąc energię powodują silne ogrzewanie anody. Tylko zdoła 1% energii elektronów zamienia się na promieniowanie rentgenowskie. Podczas hamowania powstaje widmo ciągle ograniczane od strony fal krótkich.
hυgr=eU, υgr=eU/h, λ=C/υ, λgr=Ch/eU, mV2/2=eU, q(υa-υb)=W=U
d- stała sieci krystalicznej, odległość między płaszczyznami atomowymi.
p1,p2,p3-płaszczyzny atomowe w kryształach
θ(teta) - kąt między promieniowania X a płaszczyznami atomu, zwany kątem Bragga lub kątem odbłysku. n λ - wzmocnienie fali, (2n+1)*(λ/2) - wygaszenie fali Promienie będą interferowały i nastąpi wzmocnienie jeżeli różnica dróg optycznych AB+BC=nλ 2dsinθ=nλ
Obraz interferencyjny pozwala na mierzenie długości fali rentgenowskiej jeśli znamy stałą d, albo do badania struktur kryształu (wyznaczenia d) jeśli znamy długość fali rentgenowskiej. Zastosowanie promieniowania X do badania struktury nosi nazwę rentgenografii.
Własności promieniowania X: 1) rozchodzi się prostoliniowo z prędkością światła (C) 2) wywołuje fluorescencje 3) powoduje jonizacje powietrza 4) zaczernia kliszę fotograficzną 5) Przenika przez szkła, papier, metal. Przenikanie przez płytki metalowe zależy od grubości i materiału płytki. Jest ono tym silniejsze im płytka jest grubsza i im liczba atomowa pierwiastka (Z) jest większa. Ta cecha promieniowania X znalazła zastosowanie w medycynie i w technice. Falowe własności promieniowania X czyli dyfrakcji i interferencji udało się zaobserwować używając sieci krystalicznej jako siatki dyfrakcyjnej (trójwymiarowej i odbiciowej). Odległość między płaszczyznami atomowymi sieci krystalicznej są tego samego rzędu wielkości ci długość fali promieniowania rentgenowskiego.
Zjawisko Comptona - Compton badając rozproszenie promieniowania X na różnych substancjach zaobserwował, że oprócz promieni rozproszonych o tej samej długości pojawia się promieniowani o długości większej. Zjawisko nie dało się wytłumaczyć przyjmując falowe własności X. Compton wyjaśnił je traktując promieniowanie jako fotony. Zjawisko polega na zderzeniu fotonu z prawie swobodnym elektronem w sieci krystalicznej. W zderzeniu tym foton traci tylko część swojej energii na rzecz elektronu i dla tego pojawiający się po zderzeniu foton ma częstotliwość mniejszą zaś długość większą. W zderzeniu jest zachowany pęd i jest zachowana energia kinetyczna. Zjawisko Comptona obok zjawiska fotoelektrycznego potwierdza korpuskularną teorię własności światła.
p=mv, p2=m2v2, E=(mv2)/2, 2E=mv2, 2Em=m2v2=p2, p=√2Eme
1J=1C*1V, 1C=1/1,6*10-19, 1J=1C*1V, 1eV=1e*1V=1,6*10-19C, 1C=1/1,6*10-19e=0,625*1019e, 1J=1C*1V=0,625*1019eV
Budowa atomu wodoru według Bohra. Teoria klasyczna nie tłumaczyła stabilności atomu. Zgodnie z nią elektron krążąc po orbicie wypromieniowuje energię i po bardzo krótkim czasie powinien spaść na jądro. Bohra założył założenia, które pozwoliły wyjaśnić budowę atomu wodoru. Założenia te noszą nazwę postulatów Bohra 1) Elektron może się poruszać wokół jądra tylko po takich orbitach dla których moment pędu jest całkowitą wielokrotnością stałej Plancka mv*rn=n h/2π rn~n2- z rozwiązania ukł. równań wynika, że promień jest proporcjonalny do n2. r1=A, r2=4A, r3=9A. Elektron krążąc po danej orbicie nie zmienia energii. Każdej dowolnej orbicie przypisana jest określona wartość energii, stąd mówimy o poziomach energetycznych 2) Elektron przechodząc z jednej dowolnej orbity na drugą emituje lub absorbuje ściśle określoną porcję (kwant) hυ=Ek-Ee. Elektron znajdujący się na orbicie posiada energię kinetyczną Ek=(mV2)/2=(ke2)/(2rn) i energię potencjalną Ep= -(ke2)/rn |Ep|=2E Energia elektronów centralnym polu jądra jest ujemna i wynosi Ec=Ek+Ep=-(ke2)/2rn En~-1/n2
Im dalej od jądra znajduje się elektron tym ma większą energię (mniej ujemną). Stan elektronu na pierwszej orbicie nazywamy stanem podstawowym. Energia elektronu na pierwszej orbicie wynosi E1=-13,6eV Energię odpowiadającą stanowi podstawowemu nazywamy energią jonizacji. Jeżeli elektron znajduje się na wyższej powłoce to mówimy, że jest w stanie wzbudzonym. W stanie wzbudzonym elektron znajduje się przez czas bardzo krótki, po czym wraca do stanu podstawowego. Np. E2=-13,6/4=3,4eV, E3=-1,5eV
Widmo atomu wodoru jest widmem liniowym podobnie jak widma wszystkich innych pierwiastków. Każdy pierwiastek wysyła charakterystyczne dla niego długości fal. W widmie atomu wodoru wyróżniamy tzw. serie widmowe. Jeżeli elektron przechodząc z dowolnej wyższej orbity na pierwszą to wysyła fale leżące w nadfiolecie - seria Lymana. Jeżeli elektron przechodząc z dowolnej wyższej orbity na drugą to wysyła fale odpowiadające światłu widzialnemu - seria Balmera. Jeżeli elektron przechodząc z dowolnej wyższej orbity na trzecią to wysyła fale (dłuższe) leżące w podczerwieni - seria Paschena.
Model Bohra ma znaczenie historyczne i wyjaśnia tylko budowę atomu wodoru, w rzeczywistości tory elektronów nie są okręgami i można tylko określić prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w danym punkcie przestrzeni. Budowę atomu opisuje równanie Schredingera i mechanika kwantowa.