Фізика атомна

Квиток 1 Тиск світла. Досвіди Лебедєва. Фотони.

ТИСК СВІТЛА- тиск, що чиниться світлом на відбивають і поглинаючі тіла, частинки, а також окремі молекули та атоми; одна з пондеромоторних дій світла, пов'язана з передачею імпульсу ел-магн. поля речовини.

При нормальному падінні світла поверхню твердого тіла Д. з. визначається формулою p=S(1-R)/c, де S - густина потоку енергії (інтенсивність світла), R - коеф. відбиття світла від поверхні.

Вперше гіпотеза про існування світлового тиску була висловлена І. Кеплером у XVII столітті для пояснення поведінки хвостовкомету при прольоті їх поблизу Сонця. У 1873 р. Максвелл дав теорію тиску світла у межах своєї класичної електродинаміки.

Експериментально світловий тиск вперше досліджував П. Н. Лебедєв у 1899 р. У його дослідах у вакуумованій посудині на тонкій срібній нитці підвішувалися крутильні ваги, до коромислів яких були прикріплені тонкі диски зі слюди та різних металів. Головною складністю було виділити світловий тиск на тлі радіометричних і конвективних сил (сил, обумовлених різницею температури навколишнього газу з освітленої та неосвітленої сторони). Крім того, оскільки в той час не були розроблені вакуумні насоси, відмінні від простих механічних, Лебедєв не мав можливості проводити свої досліди в умовах навіть середнього, за сучасною класифікацією, вакууму.

Шляхом поперемінного опромінення різних сторін крилець Лебедєв нівелював радіометричні сили та отримав задовільний (±20 %) збіг з теорією Максвелла. Пізніше, 1907-1910 рр.. Лебедєв провів більш точні досліди щодо вивчення тиску світла в газах і також отримав прийнятну згоду з теорією [1] .

Фотон(від др.-грец. φς, рід. пад. φωτς,"світло") - елементарна частка, переносник електромагнітної взаємодії, квант електромагнітного поля. Фотони позначаються буквою γ, тому часто називають гамма-квантами (особливо фотони високих енергій)

-енергія фотона(h-постійна планка,v-частота)

-імпульс фотона

Квиток 2 Фотоефект. Закони фотоефекту. Рівняння Ейнштейна.

Фотоефект,Фотоелектричний ефект— випромінювання електронів речовиною під дією світла (або будь-якого іншого електромагнітного випромінювання).

Формулювання1-го закону фотоефекту:Сила фотоструму прямо пропорційна щільності світлового потоку.

Відповідно до2-го закону фотоефекту,максимальна кінетична енергія електронів, що вириваються світлом, лінійно зростає з частотою світла і не залежить від йогоінтенсивності.

3-й закон фотоефекту:для кожної речовини існує червона межа фотоефекту, тобто мінімальна частота світла(або максимальна довжина хвиліλ0), за якої ще можливий фотоефект, і якщо, то фотоефект вже не відбувається.

Теоретичне пояснення цих законів було дано в 1905 Ейнштейном. Відповідно до нього, електромагнітне випромінювання є потік окремих квантів (фотонів) з енергієюhν кожен, деh— постійна Планка. При фотоефект частина падаючого електромагнітного випромінювання від поверхні металу відбивається, а частина проникає всередину поверхневого шару металу і там поглинається. Поглинувши фотон, електрон отримує від нього енергію і, здійснюючи роботу виходу φ, залишає метал: де максимальна кінетична енергія, яку має електрон при вильоті з металу.

Квиток 3 Рентгенівське випромінювання. Гальмівне та характеристичне випромінювання.Закон Мозлі.

Рентгенівське випромінювання— електромагнітні хвилі, енергія фотонів яких лежить на шкалі електромагнітних хвиль ультрафіолетовим випромінюванням та гамма-випромінюванням, що відповідає довжинам хвиль від 10 −2 до 10 2 Å (від 10 −12 до 10 −8 м)

Рентгенівські промені мають такі властивості:

-здатність до поглинання

-закон зворотних квадратів

Тормозне випромінювання(нім.bremsstrahlung, англ.braking radiation,deceleration radiation) - електромагнітне випромінювання, що випускається зарядженою часткою при її розсіянні ( гальмуванні) в електричному полі

Причиною значного гальмівного випромінювання може бути тепловий рух гарячої розрідженої плазмі.

Потужність гальмівного випромінювання повністю іонізованої плазми є [2] :

де: - Потужність, ерг/сек; - Порядковий номер елемента; - Температура електронної плазми.

Коли енергія бомбардуючих анод електронів стає достатньою для виривання електронів із внутрішніх оболонок атома, на фоні гальмівного випромінювання з'являються різкі лініїхарактеристичноговипромінювання. Частоти цих ліній залежать від природи речовини анода, тому їх назвали характерними.

Стан атома з вакансією у внутрішній оболонці нестійкий. Електрон однієї із зовнішніх оболонок може заповнити цю вакансію, і атом у своїй випускає надлишок енергії як фотона характеристичного випромінювання.

Англійський фізик Генрі Мозлі в 1913 році встановивзакон, названий його ім'ям,зв'язуючий частоти ліній рентгенівського спектруз атомним номером елементу, що їх випускаєZ: , деk= 3, 4, 5 ...;n=k+1,k+2,k+3… .

Тут , постійнаРідберг; σ – постійна, що враховує екрануючу роль ядро електронів, що оточують. Чим далі електрон від ядра, тим більше.

Квиток 4 Ефект Комптона. Дифракція рентгенівських променів. Формула Вольфа-Бреггофф.

Ефект Комптона - називають процес розсіювання короткохвильового (рентгенівського) випромінювання на вільних електронах речовини, що супроводжується збільшенням довжини хвилі.

ДИФРАКЦІЯ РЕНТГЕНІВСЬКИХ ПРОМІНЬ- виникнення відхилених (дифрагованих) променів в результаті інтерференції пружно розсіяних електронами речовини вторинних хвиль. Д. н. л. обумовлена просторово впорядкованим розташуванням атомів розсіювача та великою величиною параметра просторової дисперсії 5*10 -2 1

(- Довжина хвилі рентгенівського випромінювання, d - характерна міжатомна відстань в речовині). Вона є осн. методом дослідження атомної структури речовин.

Явище Д. н. л., що доводить їхню хвильову природу, вперше було експериментально виявлено на кристалах німецькими фізиками М. Лауе, В. Фрідріхом і П. Кніпінгом в 1912

Квиток 4 Ефект Комптона. Дифракція рентгенівських променів. Формула Вольфа-Бреггофф.

(- Довжина хвилі рентгенівського випромінювання, d - характерна міжатомна відстань в речовині). Вонає осн. методом дослідження атомної структури речовин.

УмоваВульфаБреггавизначає напрямок виникнення дифракції максимумів пружного розсіяного на кристалі рентгенівського випромінювання. Виведено в 1913 незалежноУ.Л.БреггоміГ.ВВульфом. Має вигляд: , де d-міжплощинна відстань, θ-кут ковзання падаючого променя, n-порядок відображення, λ-довжина хвилі.