- •1. 2. Фотоэффект
- •1. 2. 1. Открытие фотоэффекта.
- •1. 2. 2. Закономерности фотоэффекта: результаты экспериментов и возможные зависимости в рамках классической физики.
- •1. 2. 3. Объяснение фотоэффекта. Формула Эйнштейна.
- •1. 2. 4. Современное состояние вопроса.
- •1. 3. Эффект Комптона
- •1. 3. 1. Описание явления.
- •1. 3. 2. Теоретическая интерпретация явления.
- •1. 3. 3. Следствия эффекта Комптона. Фотон.
- •1. 4. Корпускулярно-волновой дуализм света.
- •1. 4. 1. Корпускулярные свойства электромагнитного излучения
1. 3. Эффект Комптона
1. 3. 1. Описание явления.
А.Комптон исследовал рассеяние рентгеновских лучей на мишенях из различных материалов.
С точки зрения классической электродинамики механизм рассеяния состоит "в раскачивании" электронов электромагнитным полем падающей волны. Колеблющийся электрон должен в свою очередь излучать электромагнитную волну, имеющую частоту, равную частоте колебаний электрона, а, следовательно, частоте падающей волны. | |
Рисунок 1. |
Таким образом, свободные электроны рассеивают излучение, причем частота рассеянных волн должна равняться частоте падающих.
|
С помощью рентгеновского спектрометра (см. рис.1) А.Комптон произвел точные измерения длины волны рентгеновских лучей, рассеянных на мишени. Он обнаружил (см. рис.2), что излучение бывает двух сортов: у одного длина волны совпадает с длиной волны первичного излучения (пунктирная кривая), а другое обладает бóльшей длиной волны (сплошная кривая).
|
Рисунок 2. |
Эффект Комптона: Если источник излучает свет с длиной волны , то после рассеяния он расщепляется на свет с длинами волни.
Им были установлены две особенности процесса: 1) разность длин волн рассеянного и первичного излучений не зависит от природы рассеивателя и длины волны первичного излучения; 2) при возрастании атомного номера рассеивателя интенсивность несмещенной линии возрастает, интенсивность смещенной линии падает.
1. 3. 2. Теоретическая интерпретация явления.
Теоретическую интерпретацию этому явлению дали А. Комптон и П. Дебай. Эффект становится объяснимым, если полагать, что электромагнитное излучение представляет поток фотонов, каждый из которых обладает энергией и импульсом (). | |
Рисунок 3. |
Расчет эффекта Комптона (приходите на лекцию или ищите в рекомендуемой литературе) дает такие результаты:
,
где – постоянная Планка.
Величина называется комптоновской длиной волны электрона, ее численное значение равно . Это длина волны фотона с энергией, равной mo c2 - энергии покоя электрона. Разность энергий первичного и рассеянного фотонов равна кинетической энергии электрона, который А.Комптон назвал "электроном отдачи"
.
На снимках в камере Вильсона по длине следов электронов измерялась их энергия. Экспериментальные значения оказались в хорошем согласии с расчетными.
Пример: В рентгеновской области (hν порядка кэВ) изменение порядка 10%, для γ - лучей (hν порядка МэВ) оно сравнимо с длиной волны. А.Комптон проводил измерения с К-линией характеристического рентгеновского излучения молибдена, имеющей λ = 0.0708 нм (hν = 17.5 кэВ). Изменение длины волны в этом случае порядка трех процентов.
1. 3. 3. Следствия эффекта Комптона. Фотон.
Корпускулярные свойства электромагнитного излучения проявлялись при взаимодействии первичных рентгеновских лучей с электронами, тогда как волновые свойства обнаруживались при детектировании рассеянных лучей – действие дифракционного спектрометра, использованного А.Комптоном, можно объяснить, только рассматривая рентгеновские лучи как волны.
Эффект А.Комптона демонстрирует, что фотон обладает импульсом.
Фотон – это физический объект, связанный с электромагнитным излучением, который взаимодействует с веществом всегда как единое целое. Он имеет энергию и импульс. Масса покоя фотона равна 0. От может существовать только в состоянии движения со скоростью с.
37. В чем заключается эффект Комптона?
38. Укажите формулу эффекта Комптона
39. Какие изменения происходят в атоме вещества, в котором наблюдается эффект Комптона?
40. От чего зависит изменение длины волны в эффекте Комптона?