18) Эффект Комптона. Давление света

Эффект Комптона (Комптон-эффект) — явление изменения длины волныэлектромагнитного излучения вследствие упругого рассеивания его электронами. Обнаружен американским физиком Артуром Комптоном в 1923 году для рентгеновского излучения. В 1927 Комптон получил за это открытие Нобелевскую премию по физике.

Иллюстрация к эффекту Комптона

При рассеянии фотона на покоящемся электронечастоты фотона   и   (до и после рассеяния соответственно) связаны соотношением:

где   — угол рассеяния (угол между направлениями распространения фотона до и после рассеяния).

Перейдя к длинам волн: где   — комптоновская длина волны электрона.

Для электрона   м. Уменьшение энергии фотона после комптоновского рассеяния называется комптоновским сдвигом. В классической электродинамике рассеяние электромагнитной волны на заряде (томсоновское рассеяние) не сопровождается уменьшением её частоты.

Объяснить эффект Комптона в рамках классической электродинамики невозможно. С точки зрения классической физикиэлектромагнитная волна является непрерывным объектом и в результате рассеяния на свободных электронах изменять свою длину волны не должна. Эффект Комптона является прямым доказательством квантования электромагнитной волны, другими словами подтверждает существование фотонов. Эффект Комптона является ещё одним доказательством справедливостикорпускулярно-волнового дуализма микрочастиц.

Давлением света называется давление, которое производят электромагнитные световые волны, падающие на поверхность какого-либо тела. Существование давления было предсказано Дж. Максвеллом в его электромагнитной теории света.

Если, например, электромагнитная волна падает на металл (рис. 19.9), то под действием электрического поля волны с напряженностью   электроны поверхностного слоя металла будут двигаться в направлении, противоположном вектору   со скоростью   Магнитное поле волны с индукцией  действует на движущиеся электроны с силой Лоренца F_Л в направлении, перпендикулярном поверхности металла (согласно правилу левой руки). Давление р, оказываемое волной на поверхность металла, можно рассчитать как отношение равнодействующей сил Лоренца, действующих на свободные электроны в поверхностном слое металла, к площади поверхности металла:

На основании электромагнитной теории Максвелл получил формулу для светового давления. С ее помощью он рассчитал давление солнечного света в яркий полдень на абсолютно черное тело, расположенное перпендикулярно солнечным лучам. Это давление оказалось равным 4,6 мкПа:

где J — интенсивность света,   — коэффициент отражения света (см. § 16.3), с — скорость света в вакууме. Для зеркальных поверхностей   при полном поглощении (для абсолютно черного тела) 

19) Гипотеза де Бройля

Согласно де Бройлю с каждым микрообъектом связываются ,с одной стороны, корпускулярные характеристики –энергия Е и импульс р , а с другой стороны –волновые характеристики- частота и длинна волны . Количественные соотношения связывающие корпускулярные и волновые свойства частиц , такие же, как для фотонов т.е. уравнение волны де Бройля .

Волны де Бройля это волны в потоке электронов