II.Эффект Комптона.

Комптон Артур (1892-1962) – американский физик.

Эффект Комптона

Изменение частоты или длины волны фотонов при их рассеянии электронами или нуклонами.

Эффект Комптона, открытый им в 1923 году, отличается от фотоэффекта тем, что фотон передает частицам вещества свою энергию не полностью. При теоретическом рассмотрении комптон-эффекта (если рассеяние монохроматических рентгеновских лучей происходит легкими веществами – графит, парафин) считается, что электрон свободный.

Рассеяние фотона на свободном электроне рассматривается как процесс их упругого столкновения.

При этом считается, что электрон вначале был покоящимся, а после столкновения движется со скоростью V, сравнимой со скоростьюCналетающего фотона.

При элементарном акте рассеяния должны соблюдаться законы сохранения энергии и количества движения (импульса): (2) (3)

,

где: (4)

; (5)

; (6)

Решая совместно эти уравнения, получим уравнение для неизвестной длины волны рассеянного фотона. , (7) где ;; т.е. видно, что >0, т.е. часть энергии фотона отдано электрону;

это привело к уменьшению частоты, или увеличению фотона.

Обозначая увеличение через Δт.е. (–₀), получим:

(8)

Комптоновская длина волны

–для электрона

Из уравнения следует:

1) изменение длины волны излучения при рассеянии свободным электроном не зависит от длины волны падающего излучения;

2) если θ = 180(обратное расстояние), то изменение длины волны максимально:

3) чем mбольше, тем изменение₀меньше и если рассеяние происходит на связанных электронах, то обмен энергией и импульсом происходит с целым атомом и, следовательно, чем больше номер атома, тем комптоновское смещение ничтожно мало ипрактически совпадает с₀.

III.Давление света.

Давлением света называется механическое действие, производимое давлением электромагнитными волнами, при падении на какую-либо поверхность.

Рассмотрим давление света с двух позиций природы излучения: с волновой (А) и квантовой (Б).

А. Волновая теория света.

На плоскую поверхность Р падает электромагнитная волна. Векторы илежат в плоскости Р Под действием заряды (электроны) смещаются вдоль поверхности. Под действием заряды смещаются внутрь тела (действие амперовой силы и правило левой руки), т.е.

получается, что заряды как бы вдавливаются в тело f_р. Расчет по электромагнитной теории дает давление света:

, (9)

где Е_Э– энергетическая освещённость поверхности, т.е. плотность потока световой энергии электромагнитного излучения падающего перпендикулярно на площадьSплоскости Р;

ρ – коэффициент отражения от поверхности;

ω – плоскость энергии;

Ф_э– поток излучения.

W = ε·n,

где ε = hν;

n – число фотонов, падающих на поверхность в единицу времени.

.

Тогда:

Давление

Впервые давление света экспериментально доказал русский ученый П.Н. Лебедев, сначала на твердые тела, а в 1907 году на газы и измерил его.

Б. Квантовая теория света.

Квантовая теория света объясняет световое давление как результат передачи фотонами своего импульса атомам или молекулам на поверхности тела.

Рассмотрим двумя способами.

1 способ.Пусть на поверхность тела падает поток фотоновN:

N– число падающих фотонов в единицу времени.

m_Ф– масса фотона.

m_Ф∙С – импульс фотона,

где С – скорость света.

За время dtна площадкуdSупадет число фотонов –

Из них:

а) доля отражения – → передадут стенке количество движения 2m_ф·с;

б) доля поглощения –→ передадут стенке количество движения 2m_ф·с.

Полное количество движения, переданное стенке, равняется импульсу сил давления.

Преобразуя, получим:

(10)

Пример:

Давление солнечных лучей на чёрную поверхность площадью 1 квадратный метр равно 4∙10^-6Н.

2 способ.Пусть на поверхность тела с коэффициентом отражения ρ падает поток фотонов числомN.

Количество отражённых фотонов – ρN;

количество поглощённых фотонов – (1 – ρ)N.

Отражённый фотон передаёт импульс:

Поглощённый фотон передаёт импульс:

Полный импульс, получаемый площадкой:

умножаем левую часть на

;

,

где давление.

,

где – поток (мощность) излучения;

–энергетическая освещённость поверхности, .

= (11)

Приборы, с помощью которых определяется давление света, называются – радиометры.