PYTANIA NA EGZAMIN POŁOWKOWY Z FIZYKI
(SEMESTR III)

1. Fale elektromagnetyczne jako wynik równań Maxwella.

2. Natura światła.

3. Geometryczna i falowa koncepcja optyki.

4. Podstawowe prawa i zjawiska optyki geometrycznej.

5. Zwierciadła i obrazy przez nie tworzone.

6. Przechodzenie światła przez ciała przezroczyste.

7. Pryzmat.

8. Soczewki.

9. Przyrządy optyczne.

10. Podstawowe prawa i zjawiska optyki falowej.

11. Doświadczenie Younga (pomiar długości fali światła).

12. Przykłady interferencji światła.

13. Dyfrakcja światła; natężenie refleksów dyfrakcyjnych.

14. Interferencja na dwóch szczelinach z uwzględnieniem efektu dyfrakcyjnego.

15. Siatki dyfrakcyjne.

16. Polaryzacja światła i metody uzyskiwania światła spolaryzowanego.

17. Prawo Malusa.

18. Promieniowanie ciała doskonale czarnego.

19. Efekt fotoelektryczny.

20. Rozproszenie Comptona.

21. Liniowe widma promieniowania atomowego i ich interpretacja.

22. Atom wodoru według N. Bohra.

23. Rozszerzenie i poprawki do modelu Bohra.

24. Doświadczenie Franck'a-Hertz'a.

25. Hipoteza de Broglie'a.

ODPOWIEDZI

Ad.1.

W pustej przestrzeni pole elektromagnetyczne opisane jest układem równań Maxwella o postaci równania falowego:

Gdzie:
- laplasjan,
- wektor natężenia pola magnetycznego,
- wektor natężenia pola elektrostatycznego,
- prędkość fazowa światła

Wynikającą stąd możliwość istnienia fal elektromagnetycznych zauważył H.R. Hertz. Fale elektromagnetyczne są falami poprzecznymi, wektory
 i 
są wzajemnie prostopadłe i oba są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali. Fale elektromagnetyczne rozchodzą się w próżni z prędkością światła
.

W zależności od długości fali, fale elektromagnetyczne określa się mianem fal radiowych (długich, średnich, krótkich, ultrakrótkich i mikrofal), fal świetlnych (podczerwonych, widzialnych i ultrafioletowych), promieni Roentgena (X) i promieniowania gamma. W ujęciu kwantowym, zgodnie z zasadą dualizmu korpuskularno-falowego, fale elektromagnetyczne o częstotliwości
są strumieniami fotonów o energii
, gdzie
 - stała Plancka.

Ad.2.

Światło, promieniowanie elektromagnetyczne (fale elektromagnetyczne) o długości fali zawartej w przedziale 380-780nm (tzw. światło widzialne). Mianem świetlnych określa się również promieniowanie podczerwone i promieniowanie ultrafioletowe.

Światło widzialne wywołuje wrażenia barwne, a światło białe jest mieszaniną świateł o różnej długości fal.

Światło w próżni rozchodzi się z jednakową prędkością w każdym układzie odniesienia. Zjawiska związane z rozchodzeniem się światła bada optyka.

Barwa	Długość fali [NM]
czerwona	630-780
pomarańczowa	590-630
żółta	560-590
zielona	490-560
niebieska	440-490
fioletowa	380-440

Ad.3.

Pierwotną teorią optyczną była optyka geometryczna, jej podstawowe prawa (prawo odbicia i załamania się światła) podał W. Snellius. I. Newton opracował korpuskularną teorię światła (dobrze tłumaczyła prawa optyki geometrycznej). Obserwowano jednak odstępstwa od praw optyki geometrycznej (dyfrakcja fal i interferencja fal).

Równolegle do I. Newtona Ch. Huygens postawił konkurencyjną hipotezę o falowej naturze światła (teza ta, oprócz praw optyki geometrycznej, tłumaczyła zjawiska dyfrakcji, interferencji i polaryzacji światła). Optyka falowa została udoskonalona w XIX wieku przez A. Fresnela.

Teoria ta pierwotnie odwoływała się do idei eteru jako ośrodka drgającego. J.C. Maxwell zidentyfikował światło jako falę elektromagnetyczną (elektromagnetyczna teoria światła). Początek wieku XX to burzliwy rozwój optyki kwantowej, jednoczącej w nowej formie idee teorii korpuskularnej i falowej (dualizm korpuskularno-falowy). Teoria ta umożliwiła wyjaśnienie zjawisk emisji i absorpcji promieniowania oraz szereg innych subtelnych zjawisk fizycznych.

Ad.4.

Prawo odbicia:

Kąt odbicia fali (tj. kąt zawarty pomiędzy kierunkiem rozprzestrzeniania się odbitej fali a normalną do odbijającej powierzchni) równy jest kątowi jej padania (zawartego pomiędzy kierunkiem padania a normalną do powierzchni), oba kąty leżą w jednej płaszczyźnie prostopadłej do odbijającej powierzchni.

Szczególnym przypadkiem odbicia fali jest odbicie światła. Prawo odbicia fali można wywieść z zasady Huygensa-Fresnela.

Prawo załamania się światła (inaczej prawo Snelliusa):

Wyraża się wzorem:

Gdzie:
 - współczynnik względny załamania,
- kąt padania fali (tj. kąt zawarty pomiędzy normalną do powierzchni rozdziału ośrodków a kierunkiem rozchodzenia się fali padającej),
- kąt załamania fali (tj. kąt zawarty pomiędzy normalną do powierzchni rozdziału ośrodków a kierunkiem rozchodzenia się fali załamanej),
 i 
 - prędkości fazowe fali odpowiednio w I i II ośrodku.

Ad.5.

Zwierciadłem nazywamy element układów optycznych wykorzystujący zjawisko odbicia światła, stosowany w teleskopach optycznych, kondensorach, reflektorach, interferometrach, rezonatorach optycznych. Własności optyczne zwierciadła określone są głównie przez kształt i gładkość jego powierzchni (najwyższą gładkość mają powierzchnie zwierciadeł w teleskopach optycznych, wykonywane są z dokładnością do 100nm).

Stosuje się zwierciadła płaskie (służą do zmiany kierunku biegu promieni świetlnych lub ich rozdzielenia) oraz zwierciadła wklęsłe i wypukłe (służą do ogniskowania lub rozogniskowywania promieni, pełniąc rolę analogiczną do soczewek optycznych, przy czym zwierciadła wklęsłe jest analogiem soczewki skupiającej, a zwierciadła wypukłe - rozpraszającej). Zwierciadła wykonuje się najczęściej poprzez napylenie warstwy metalicznej (aluminium, srebro) na odpowiednio przygotowaną powierzchnię szkła, metalu lub tworzywa sztucznego.

Powierzchnia zwierciadeł wklęsłych i wypukłych ma najczęściej kształt wycinka sfery, paraboloidy obrotowej, elipsoidy obrotowej lub hiperboloidy obrotowej. W najprostszym przypadku zwierciadła sferycznego, jeśli przedmiot leży na osi symetrii zwierciadła w odległości
 od punktu
, będącego przecięciem tej osi z powierzchnią zwierciadła (tzw. wierzchołka zwierciadła), to obraz tego przedmiotu powstanie w odległości
 od punktu
, przy czym spełniona jest równość:

Gdzie:
 - promień krzywizny zwierciadła.

Z powyższego wzoru wynika, że odległość ogniskowa
 zwierciadła sferycznego wyraża się wzorem
. Zwierciadła mają wszystkie wady układów optycznych z wyjątkiem aberracji chromatycznej.

Ad.6.

Ad.7.

Pryzmat, element układu optycznego w postaci bryły o płaskich, na ogół nachylonych do siebie ścianach. Podstawowy typ pryzmatu to szklana bryła o prostokątnej podstawie i trójkątnym przekroju (pryzmat trójgraniasty). Promień światła wnikając do pryzmatu ulega załamaniu na obu skośnych powierzchniach pryzmatu.

Jeśli kąt pomiędzy płaszczyznami załamującymi pryzmatu oznaczyć
(tzw. kąt łamiący pryzmatu), to sumaryczny kąt odchylenia promienia świetlnego
związany jest z kątem łamiącym zależnością (w przybliżeniu, dla małych kątów padania):

Gdzie:
 - współczynnik załamania światła.

Zależność
od
, przy jednoczesnej zależności
 od długości fali światła, powoduje, że pryzmat rozszczepia światło białe, czyli pozwala uzyskać widmo światła. Stosowany do tego celu pryzmat nosi nazwę pryzmatu spektralnego. Pryzmaty takie stosuje się też do zmiany kierunku biegu promieni świetlnych (pryzmaty odbijające, odchylające lub odwracające).

Szczegółowe rozwiązania geometryczne takich pryzmatów to:

1. Pryzmat prostokątny (
   , światło pada i wydostaje się prostopadle do ścianek, wykorzystuje się tu odbicie całkowite wewnętrzne);

2. Pryzmat achromatyczny (sklejony z dwóch pryzmatów wykonanych z różnych gatunków szkła o tak dobranych
    i 
   , by kąty odchylenia dla światła czerwonego i niebieskiego były sobie równe);

3. Pryzmat rombowy (w przekroju romb, złożenie dwóch pryzmatów prostokątnych);

4. Pryzmat pentagonalny (o przekroju pięciokątnym, dwa całkowite wewnętrzne odbicia);

5. Pryzmat à vision directe (pryzmat o przekroju trapezowym, sklejony z 3 lub 5 pryzmatów trójgraniastych wykonanych z różnych gatunków szkła, dobranych tak, by promień o wybranej barwie przechodził bez odchylenia.

Ad.8.

Soczewki optyczne, bryły o zakrzywionej co najmniej jednej powierzchni granicznej, wykonane z przezroczystego materiału, służące do skupiania lub rozpraszania wiązki światła dzięki wykorzystaniu zjawiska jego załamania na granicy ośrodków. Oś symetrii soczewki optycznej zazwyczaj pokrywa się z osią optyczną układu optycznego (wyjątkiem są tzw. soczewki cylindryczne).

Wyróżnia się soczewki optyczne: dwuwypukłe, dwuwklęsłe, płasko-wypukłe, płasko-wklęsłe, wypukło-wklęsłe. Własności optyczne soczewki optycznej określone są przez jej formę geometryczną (promienie krzywizn powierzchni granicznych) oraz przez względną wartość współczynnika załamania światła dla materiału, z którego została wykonana, i otaczającego ją ośrodka.

Dla umieszczonej w próżni (lub, z dobrym przybliżeniem, w powietrzu) soczewki optycznej z materiału o współczynniku załamania światła
, której promienie krzywizny wynoszą
i 
(znak promienia jest dodatni, gdy środek krzywizny poprzedza na drodze światła łamiącą powierzchni, ujemny, gdy jest odwrotnie), jej zdolność zbierająca
 (tj. odwrotność odległości ogniskowej
) oblicza się korzystając z tzw. wzoru soczewkowego:

W praktyce stosuje się uproszczony wzór, prawdziwy dla soczewek cienkich (tj.
):

Gdy
, to soczewka optyczna jest skupiająca (np. szklana soczewka dwuwypukła umieszczona w powietrzu), gdy
- rozpraszająca (np. szklana soczewka dwuwklęsła umieszczona w powietrzu).

Pojedyncza soczewka optyczna (zwłaszcza o małych promieniach krzywizny) wytwarza obraz niepozbawiony wad układów optycznych. Jedną z wad, których nie da się usunąć przez wzrost precyzji wykonania soczewki optycznej, jest aberracja chromatyczna - przeciwdziała się jej (jak i innym wadom) sporządzając układy złożone z kilku soczewek optycznych o odpowiednio dobranych promieniach krzywizn i współczynnikach załamania światła, tak by wady powstające w kolejnych soczewkach były wzajemnie przeciwstawne (achromat, aplanat).

Ad.9.

Oko jako układ optyczny, składa się z: rogówki, cieczy wodnistej wypełniającej przednią komorę oka, soczewki i ciała szklistego.

Jednak głównymi elementami załamującymi światło w oku człowieka (i innych ssaków) są: rogówka (o stałej zdolności zbierającej wynoszącej u człowieka 43 dioptrie) oraz soczewka oczna o zmiennej krzywiźnie powierzchni, zbudowana z warstw o różnych współczynnikach załamania
, średnio dla całej soczewki ocznej człowieka
.

Receptorem światła jest drgająca siatkówka tzn.: czopki i pręciki (jej drgania zapobiegają tzw. habituacji, czyli znieczuleniu na bodźce świetlne przy niezmieniającym się obrazie). Przestrzeń pomiędzy soczewką a siatkówką wypełniona jest ciałem szklistym o współczynniku załamania 1,336.

Odległość ogniskowa przednia dla tzw. schematycznego oka człowieka (przy rozluźnionych mięśniach akomodacyjnych) wynosi 17,1mm, odległość ogniskowa tylna równa jest 22,8mm. Napięcie mięśni akomodacyjnych zmienia krzywiznę soczewki, a więc zmienia obie odległości ogniskowe. Średnica źrenicy zmienia się od ok. 2 do 8mm.

Oko jest wrażliwym receptorem światła (najbardziej fotoczułym elementem siatkówki są pręciki, niedające jednak wrażeń barwnych). Największą czułość oko ludzkie ma dla barwy żółtozielonej, reaguje już na energię światła równą
 (niesioną przez ok. 20 fotonów). Powstający na siatkówce obraz jest pomniejszony, odwrócony i rzeczywisty.

Ze względu na względną prostotę układu optycznego oka obraz ten nie jest całkowicie wolny od aberracji chromatycznej i sferycznej, wady te są korygowane w mózgu podczas dalszego przetwarzania obrazu, wówczas też obraz jest odwracany, synchronizowany z obrazem z drugiego oka i stabilizowany (nie docierają do naszej świadomości drgania siatkówki).

Przy rozluźnionych mięśniach akomodacyjnych zdrowe oko daje na siatkówce ostry obraz przedmiotów nieskończenie odległych (u krótkowidzów obraz ten powstaje przed siatkówką, u dalekowidzów za nią - nadwzroczność). Częstą inną wadą oka jest niesferyczność powierzchni rogówki lub soczewki powodująca astygmatyzm.

Opis:

Budowa narządu wzroku: A - rogówka, B - tęczówka, C - komora przednia, D - źrenica, E - soczewka, F - plamka żółta, G - mięsień gałki ocznej, H - nerw wzrokowy, I - plamka ślepa, J - ciało szkliste, K - naczyniówka, L - statkówka.

Ad.10.

Dyfrakcja:

Fala płaska padając na przesłonę, na skutek zjawiska dyfrakcji dociera również częściowo do przestrzeni leżącej w obszarze geometrycznego cienia. Dyfrakcję najprościej wytłumaczyć jest zasadą Huygensa-Fresnela, w myśl której każdy punkt przestrzeni, do którego dociera płaska fala, staje się źródłem elementarnej fali sferycznej. Fale te następnie interferują ze sobą, tworząc nowe czoło fali.

Fale elementarne powstające w obszarze jednorodnym tworzą ponownie falę płaską. Natomiast na granicy cienia zjawisko interferencji prowadzi do powstania struktury interferencyjnej cienia oraz częściowego oświetlenia obszaru leżącego w cieniu geometrycznym przeszkody. Zjawiska dyfrakcyjne występują dla każdego rodzaju ruchu falowego.

Interferencja:

Zgodnie z tzw. zasadą superpozycji fal, amplituda fali wypadkowej w każdym punkcie dana jest wzorem:

Gdzie:
,
- amplitudy fal cząstkowych,
- różnica faz obu fal.

Polaryzacja:

Uporządkowanie kierunków drgań poprzecznych - dla fali mechanicznej jest to kierunek przesunięć, dla fali elektromagnetycznej - kierunek wzajemnie prostopadłych pól: elektrycznego i magnetycznego (polaryzacja światła).

Uporządkowanie może być częściowe (polaryzacja częściowa) lub całkowite (polaryzacja całkowita). Gdy uporządkowanie polega na istnieniu drgań w jednej tylko płaszczyźnie, nosi nazwę polaryzacji liniowej fali. Gdy dopuszczalne są drgania w dwóch prostopadłych płaszczyznach, powstaje polaryzacja eliptyczna (przy równych amplitudach drgań w obu kierunkach staje się ona polaryzacją kołową).

Ad.11.

Rodzaj fali	Długość fali [m]	Częstotliwość [Hz]
fale radiowe	> 10^-4	< 3·10^12
podczerwień	5·10^-4÷ 8·10^-7	6·10^11÷ 3.7·10^14
światło widzialne	8·10^-7÷ 4·10^-7	3.7·10^14÷ 7.5·10^14
ultrafiolet	4·10^-7÷ 10^-9	7.5·10^14÷ 3·10^17
promieniowanie X	10^-9÷ 6·10^-12	1.5·10^17÷ 5·10^19
promieniowanie gamma	< 10^-10	> 10^18

Ad.12.

Interferencja światła:

Przy interferencji światła zachodzącej dzięki wielokrotnemu odbiciu w płytce płasko-równoległej otrzymane prążki nazywa się prążkami (interferencyjnymi) równego nachylenia, przy interferencji otrzymywanej dzięki odbiciom w płytce o innych kształtach (klinowatej, sferycznej itp.) otrzymuje się tzw. prążki równej grubości. W przypadku odbicia światła od cienkiej, płaskiej i przezroczystej warstwy naniesionej na inną substancję (np. plamy cieczy hydrofobowej, np. nafty, na wodzie) obserwuje się interferencję światła odbitego od powierzchni nafty ze światłem odbitym od powierzchni granicznej rozdzielającej naftę i wodę. W przypadku oświetlenia światłem białym uzyskuje się wygaszenie pewnych, oraz wzmocnienie innych barw, co obserwuje się jako mieniące się, tęczowe plamy barwne na wodzie. Zjawisko nosi nazwę interferencji na cienkich warstwach.

Ad.13.

Ad.14.

Ad.15.

Siatka dyfrakcyjna to układ przeszkód dla fal rozmieszczonych w przestrzeni (siatka dyfrakcyjna przestrzenna) lub na powierzchni (siatka dyfrakcyjna powierzchniowa), periodycznie (siatka dyfrakcyjna regularna) albo przypadkowo (siatka dyfrakcyjna nieregularna). Na przeszkodach zachodzi zjawisko dyfrakcji (stąd nazwa siatki), a powstające w jej wyniku ugięte fale są spójne i interferują ze sobą.

Dla światła najczęściej stosuje się siatkę dyfrakcyjną powierzchniową regularną, wykonaną przez nacinanie diamentowym rylcem powierzchni szklanej (siatka dyfrakcyjna transmisyjna) lub metalicznej (siatka dyfrakcyjna odbiciowa). Siatki dyfrakcyjne charakteryzuje się podając liczbę rys przypadających na 1 mm siatki lub odległość pomiędzy nimi (tzw. stała siatka dyfrakcyjna).

Zjawisko dyfrakcji szczególnie efektywnie zachodzi w przypadku przeszkód, których rozmiary są porównywalne z długością padającej fali, dlatego dla ultrafioletu stosuje się siatki dyfrakcyjne o gęstości 1200 rys/mm, dla światła widzialnego - 600 rys/mm, a dla podczerwieni - 1-300 rys/mm. Dla promieniowania rentgenowskiego siatką dyfrakcyjną przestrzenną jest kryształ. Stała siatki dyfrakcyjnej określa jej dyspersję kątową
- tj. wielkość charakteryzującą zmianę kąta ugięcia
promienia świetlnego na siatce wraz ze zmianą długości fali światła
- która wyrażona jest równaniem:

Gdzie:
 (tzw. rząd widma) jest liczbą naturalną określającą różnicę faz interferujących ze sobą promieni, podaną w okresach drgań tej fali.

Siatkę dyfrakcyjną wynalazł J. von Fraunhofer. Wykorzystuje się ją w spektrometrach optycznych.

Ad.16.

Polaryzacja światła:

W ogólnym przypadku polaryzacji eliptycznej wektor natężenia pola elektrycznego
fali zakreśla w przestrzeni linię śrubową o zmiennej amplitudzie - analogicznie jak wektor natężenia pola magnetycznego
, przy czym stale spełniany jest warunek wzajemnej prostopadłości
i 
. Dla polaryzacji kołowej amplituda drgań
i 
jest stała, dla polaryzacji liniowej drgania odbywają się tylko w jednej płaszczyźnie.

Stopień polaryzacji p określa się zgodnie z wzorem:

Gdzie:
i
to maksymalne i minimalne natężenia światła o wzajemnie prostopadłych kierunkach polaryzacji. Światło spolaryzowane uzyskuje się stosując urządzenia polaryzujące.

Ad.17.

W roku 1810 Étienne Louis Malus podał wzór wyrażający zależność natężenia
światła spolaryzowanego, przepuszczonego przez analizator, od kąta
pomiędzy płaszczyzną polaryzacji wiązki padającej a płaszczyzną polaryzacji analizatora:

Gdzie:
- natężenie światła padającego.

Zależność ta nosi nazwę prawa Malusa i znajduje zastosowanie w fotometrii.

Ad.18.

Ciało doskonale czarne to ciało o współczynniku absorpcji równym jedności tzn., które niezależnie od temperatury całkowicie pochłania padające nań promieniowanie posiadające dowolny skład widmowy.

Ciało doskonale czarne jest pewną idealizacją, mającą duże znaczenie w teorii promieniowania. Przybliżoną jego realizacją jest otwór dużej wnęki sferycznej.

Prawa opisujące emisję promieniowania przez ciało doskonale czarne to prawa: Plancka, Wiena, Stefana-Boltzmanna.

Prawo promieniowania Plancka opisuje emisję światła przez ciało doskonale czarne znajdujące się w danej temperaturze.

Zgodnie z nim emisja (i absorpcja) światła odbywa się w porcjach (kwantach) o energii
, gdzie
 - stała Plancka,
- częstotliwość fali światła, a zależność zdolności emisyjnej
od częstotliwości fali
i temperatury
 wyrażona jest wzorem (tzw. wzór Plancka):

Gdzie:
 - prędkość światła,
 - stała Boltzmanna
.

Prawo podał M. Planck w 1900 roku. Wprowadzenie koncepcji porcjowanej (skwantowanej) emisji i absorpcji światła było ważnym impulsem w kierunku narodzin fizyki kwantowej. Prawo promieniowania Plancka jest szczególnym przypadkiem rozkładu Bosego-Einsteina.

Ad.19.

Fotoelektryczne zjawiska (efekty) to ogół zjawisk spowodowanych oddziaływaniem substancji z promieniowaniem świetlnym. Związane jest z przekazywaniem energii fotonów pojedynczym elektronom.

Rozróżnia się fotoelektryczne zjawisko zewnętrzne (emisja elektronów z danej substancji pod wpływem światła; opuszczające substancję na skutek zjawiska fotoelektrycznego elektrony nazywa się fotoelektronami, a powstały przy ich uporządkowanym ruchu w zewnętrznym polu elektrycznym prąd - prądem fotoelektrycznym), fotoelektryczne zjawisko wewnętrzne (zmiana energetycznego rozkładu elektronów w stałych i ciekłych półprzewodnikach i dielektrykach spowodowana oddziaływaniem światła z substancją; przejawia się ono w zmianie koncentracji nośników prądu w ośrodku i w efekcie doprowadza do fotoprzewodnictwa lub zjawiska fotoelektrycznego w warstwie zaporowej), fotoelektryczne zjawisko zaworowe (powstawanie SEM na styku dwóch materiałów pod wpływem światła, np. w złączu P-N), zjawisko fotoelektryczne w gazach (fotojonizacja).

Zjawiska fotoelektryczne wykorzystywane są w fotoelementach. Badania fotoelektrycznego zjawiska zewnętrznego, którego wyjaśnienie wymagało wysunięcia postulatu kwantowej natury światła, miało doniosłe znaczenie dla rozwoju fizyki. Zgodnie z zaproponowanym wtedy modelem energia padającego kwantu gamma (równa
, gdzie
 - stała Plancka,
- częstotliwość fali świetlnej) jest przekazywana elektronowi zgodnie z równaniem
, gdzie
 - energia kinetyczna elektronu,
 - tzw. praca wyjścia (energia potrzebna do wydostania się elektronu z substancji).

Ad.20.

Comptona efekt (zjawisko) to rozpraszanie wysokoenergetycznego promieniowania elektromagnetycznego (gamma lub rentgenowskiego) na słabo związanych elektronach.

W wyniku rozpraszania elektron otrzymuje część pędu i energii padającego kwantu promieniowania, przez co rozproszony kwant promieniowania ma mniejszą energię (większą długość fali).

Zjawiska tego nie można wyjaśnić na gruncie klasycznej fizyki. Z analizy procesu zderzenia kwantu promieniowania z elektronem, gdy oba obiekty traktowane są jako sprężyste kulki, można otrzymać wzór na wzrost długości fali promieniowania:

Gdzie:
tzw. comptonowska długość fali,
- kąt rozproszenia. Jak widać
zależy jedynie od czynników geometrycznych (nie zależy od energii), jest największa gdy
, a więc
to znaczy, gdy padający foton rozproszy się do tyłu.

Uwzględnienie poprawki na energię wiązania elektronów w atomach zmienia przytoczony powyżej wzór dodając po prawej stronie równania czynniki
, wprowadza więc zależność od energii promieniowania (
- stała dla danego materiału). Poprawka ta jest nieistotna, gdy energia promieniowania jest znacznie większa od energii wiązania elektronów.

Ad.21.

Ad.22.

Model atomu według N. Bohra opracowany w 1913 roku model budowy atomu o planetarnej strukturze, w którym ujemnie naładowane elektrony obiegają po kołowych orbitach dodatnio naładowane jądro.

Wbrew elektrodynamice klasycznej poruszające się po kołowych orbitach elektrony nie emitują promieniowania elektromagnetycznego, a emisja, jak i pochłanianie możliwe jest w porcjach (kwantach energii), czemu towarzyszy zmiana orbity.

Opis:

Modele budowy atomu: 1. Model Rutherforta - atomy przypominają miniatury układu słonecznego, elektrony poruszają się wokół jądra: A) jądro, B) elektron. 2. Model Bohra - aby wyjaśnić stabilność atomu wprowadza pojęcie skwantowanych orbit elektronów: A) jądro, B) elektron, C) orbita elektronu. 3. Model Schrodingera - pomysł precyzyjnie określonych orbit elektronów został zastąpiony opisem obszarów przestrzeni (nazywanych orbitalami), gdzie najprawdopodobniej znajdują się elektrony: A - orbital s: elektrony znajdują się w obszarach takich jak ten. Obszar zacieniony pokazuje prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w pewnej odległości.

Ad.23.

Ad.24.

Wzbudzanie i jonizacja atomów:

Ad.25.

Fale de Broglie'a (fale materii) to jeden z aspektów istnienia materii. Cząstki elementarne i inne obiekty mikroświata w pewnych warunkach wykazują właściwości typowe dla fal (np. ulegają zjawisku dyfrakcji). Każdej cząstce swobodnej o pędzie
 można przypisać długość fali:

Gdzie:
 - stała Plancka.

BIBLIOGRAFIA

1. WIEM: Wielka Internetowa Encyklopedia Multimedialna (opracowana na podstawie Popularnej Encyklopedii Powszechnej Wydawnictwa Fogra).

2. „Fizyka dla studentów nauk przyrodniczych i technicznych, Tom II” - D. Halliday, R. Resnick, PWN, Warszawa 1967.

8

---