46. Promieniowanie ciała doskonale czarnego. Kwanty energii.

Kwant energii – porcja energii, jaką może pochłonąć lub przekazać układ w pojedynczym

oddziaływaniu z innym układem (np. atom z fotonem)

Ciało doskonale czarne – (idea fizyczna nie występująca w rzeczywistości) ciało pochłaniające

całkowicie padające na ne promieniowanie elektromagnetyczne (współczynnik pochłaniania równy

jeden), niezależnie od temperatury tego ciała, kąta padania i widma padającego promieniowania.

Współczynnik pochłaniania jest dla dowolnej długości fali maksymalny.

Rzeczywistym modelem najbardziej zbliżonym do ciała doskonale czarnego jest sferyczna wnęka

wykonana z metalu z wyciętym w niej otworem relatywnie małym w porównaniu do wymiarów

wnęki. Wewnętrzna jej strona pokryta jest czymś czarnym (np. sadzą). Poprzez podgrzewanie

wnęki do wysokiej temperatury (n.p. 2000oC) zaczyna promieniować. Obserwacji dokonujemy z

zaciemnionym otoczeniu. Okazuje się, że wnętrze takiego układu promieniuje wyraźnie mocnej, niż

jego powierzchnia zewnętrzna. Jeśli ciało doskonale czarne jest w równowadze termicznej, moc

jego promieniowania zależna jest wyłącznie od temperatury.

R =σ T 4

c

gdzie: Rc – emisja energetyczna promieniowania czarnego

σ – stała Stefana-Boltzmanna

T – temperatura

47. Zjawisko fotoelektryczne. Wzór Einsteina. Promienie X.

Zjawisko fotoelektryczne – przeniesienie nośników ładunku elektrycznego pomiędzy pasmami

energetycznymi w wyniku naświetlania promieniowaniem elektromagnetycznym o odpowiedniej

częstotliwości zależnej od rodzaju przedmiotu (n.p. przepływ prądu pod wpływem światła

padającego na katodę lampy próżniowej). Zależność natężenia prądu od przyłożonego napięcia

dowodzi, że ujemne napięcie zatrzymujące elektrony w polu nie zależy od natężenia światła.

Energia maksymalna fotonu zależy od długości monochromatycznego światła.

Do każdego materiału istnieje progowa długość, poniżej której nie obserwujemy zjawiska

fotoelektrycznego, bez względu na natężenie promieniowania świetlnego. Dla światła o długości

wywołującej zjawisko, ilość wybitych elektronów zależy od natężenia światła. Kwantowa teoria

Einsteina mówi, że energia wiązki świetlnej rozchodzi się w przestrzeni w postaci skończonych

kwantów (porcji) energii zwanych fotonami. Energia zachowania energii dotycząca tego zjawiska

mówi, że kwant energii (foton) wywołujący zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne rozdziela się na

dwie części: stałą dla danego metalu wartość tzw. praca wyjścia elektronu z powierzchni metalu i

energię kinetyczną elektronu.

Równanie fotoelektryczne:

48. Dwoista natura światła – dualizm korpuskularno-falowy. Pęd i masa fotonu.

Natura światła:

a) falowa – dyfrakcja, interferencja, polaryzacja;

b) cząsteczkowa – efekt fotoelektryczny, emisja światła przez pojedyncze atomy i cząteczki,

absorpcja światła przez atomy i cząsteczki, zjawisko Comptona;

c) dualistyczna – załamanie, odbicie.

Promieniowanie X

Aby otrzymać promieniowanie elektromagnetyczne o widmie ciągłym, powodujemy w układzie

emisję elektronów z katody. Elektrony przyspieszane są przez wysokie napięcie przyłożone między

katodą, a anodą, i kolejno uderzają w anodę, gdzie ich energia kinetyczna jest wygaszana. Elektron

o początkowej energii kinetycznej, w wyniku oddziaływania z ciężkim jądrem atomu anody jest

hamowany i energia, jaką traci pojawia się w formie kwantów (promieniowanie rentgenowskie). W

wyniku zderzeń elektronów (o różnych energiach) z anodą, otrzymujemy fotony (również o

różnych energiach).

Foton jest cząstką elementarną nie posiadającą masy, ani ładunków: magnetycznego i

elektrycznego. Fotonowi poruszającemu się z prędkością światła, można nadać pęd p=mc.

Należy rozumieć to tak, że foton ma masy spoczynkowej m, ale w określonych oddziaływaniach z

otoczeniam, zachowuje się tak, jakby miał pęd określowy dany poprzednim wzorem. Dla fotonu

mamy:

mc2=hv

(mc)c=h*(c/λ)

p=h/λ

Wzór ten wiąże ze sobą korpuskularną właściwość fotonu – pęd – z jego falową właściwością -

długością fali.