25. Квантовая теория давление света

Явление давления света было открыто Лебедевым в 1900г на твердых веществах и в 1907-1908гг на газах. Установка для наблюдения и измерения давления света на твердых веществах представляет собой следующую конструкцию на сверхчувствительных крутильных весах.

Подвижная часть весов представляет собой легкий каркас

с укрепленными на нем тонкими металлическими

пластинками-крылышками, одно из которыхх зеркальное p=1,

а другое зачернено p=0. Каркас симметрично закрепляется на

упругом подвесе. Все это помещается в вакумированный стеклянный сосуд.

Крылышки попеременно освещались светом от вольтовой дуги, а световое давление определялось по углу закручивания нити, на конце которой закреплялось зеркало, отбрасывающее зайчик на шкалу. Опт показал, что давление, производимое светом на зеркальное крылышко, оказалось в 2 раза больше, чем на зачерненное крылышко. Попробуем расчитать это давление. Пусть на поверхность падает N потоков. Часть из них отражается (их число ρN), часть поглощается (их число (1-ρ)N). Импульс одного фотона ρ=nν/c. Импульс силы давления, производимой на поверхность, равен суммарному изменению импульсов всех фотонов.

F=[hν/c – (- hν/c)]Nρ + (1+ρ)Nhν/c; P=F/S=Nhν(1+ρ)/cS=J(1+ρ)/c=ω(1+ρ);

J/c=ω – объемная плотность энергии. Эти результаты совпадают с полученными в эксперименте. => Фотоны обладают свойствами частиц, т.е. импульсом.

26.Дискретностьфизических величин. Опыт франка герца

Идея опыта заключалась в доказательстве наличия

стационарных состояний атоме. 3-электродная

лампа (с - сетка) заполнялась парами ртути с

ρ≈1мм рт. ст. Между катодом и сеткой

прикладывалась ускоряющая разность потенциалов,

которую можно было менять R. Между сеткой и

анодом прикладывалось слабое задерживающее поле.

Устанавливалось соотношение между силой тока

между анодом и сеткой и разностью потенциалов

между катодом и сеткой. Согласно идее о наличии

дискретных энергетических уровней у атома при

сталкновении электрона с атомом ртути, атом ртути

воспримет энергию в соотношении, равном

∆E1=E2 – E1, ∆E2=E3 – E2. Т.е. разности энергий 2-х

стационарных состояний. Поэтоу энергия внешних электронов должна уменьшаться в соотношении ∆E1, ∆E2 и т.д. По мере увеличения разности потенциалов, кинетическая энергия электрона растет, и все большее число электронов достигает. проходя через СА; eU=mν(c.2)/2. При этих разностях потенциалов Ek<∆E1. При достижении U1=4,9В, Ek равна или чуть больше E1(Ek>=∆E1). В этом случае при столкновении электрона с атомом ртути происходит упругий удар между электроном и атомом ртути, в результате которого электрон отдает часть своей энергии атому ртути. Кинетическая энергия электрона уменьшается и задержанные полем электроны возвращаются в катод. Второй максимум на вольт-амперной характеристики U=9,8В соответствует случаю, когда электрон при столкновении с атомом ртути претерпел 2 неупругих столкновения, при каждом из которых он потерял энергию ∆E1. 3-й максимум – 3 столкновения. Т.о. результаты опыта доказывали наличие у атомов дискретных энергетических состояний.

Впервые исследование

расщепления пучка нейтральных атомов и

молекул во внешнем магнитном поле было

проведено Штерном и Герлахом, которые в своих опытах пропускали пучки нейтральных атомов через неоднородное магнитное поле.

В неоднородном магнитном поле на электрон в атомах

действовала сила F=gradU= - gradM(в)H(в). Эта сила была в

состоянии расщепить пучки атомов в соответствии со значениями квантового числа m, определяющим число проекций на внешнее магнитное поле. Следовательно ожидать, что при прохождении через неоднородное магнитное поле пучка нейтральных атомов водорода, электроны, в которых состояние 1S с n=1 L=0, число возможных проекций магнитных моментов m=(2L+1)=1. Т.е. расщепление либо не должно было наблюдаться, либо, если предположить, что в пучке часть атомов водорода находится с электроном в p-состоянии (L=1), то число возможных пучков m=(2L+1)=3. Результаты опыта показали, что таких пучков всего лишь 2. Т.е. пучок атома водорода расщепляется на 2. => магнитный момент, обусловивший это расащепление, имеет 2 проекции на внешнее магнитное поле. Обозначим соответствующее квантовое число, описывающее эти процессы m (индекс S) = (2S+1)=2. S – спиновое квантовое число, соответствующее по аналогии с орбитальным квантовым числом L. S – квантовое число, определяющее величину собственного механического момента электрона в атоме. S=1/2, m (индекс S) = + - ½, т.е. собственный механический момент электрона в атоме водорода может быть ориентирован по полю и против него. По аналогии с орбитальным моментом: S=h(в)√S(S+1)`=h(в)√3/4`.

m (индекс z) = + - ½ h(в) – проекция собственного механического момента.

В квантовой механике спиновое квантовое число не учитывается. Первоначальная идея о существовании спина заключалась в том, что собственный механический момент электрона в атоме обусловлен вращением электрона вокруг собственной оси. Современные представления о спине следуют, что спин – необъемное свойство электрона или другой микрочастицы, такое же свойство, как заряд и масса.