6. Образ природы в неклассическом естествознании: квантовая концепция.

6.1. Тепловое излучение тел

Все тела при температуре, отличной от абсолютного нуля, излучают электромагнитные волны.

Две характеристики теплового излучения:

Энергетическая светимость тела М_е – мощность, излучаемая по всем направлениям с единицы площади поверхности тела.

Спектральная плотность энергетической светимости М_,Т – мощность, излучаемая по всем направлениям с единицы площади поверхности тела в единичном диапазоне длин волн.

Спектр излучения абсолютно черного тела

Абсолютно черное тело: тело, которое поглощает все падающее на него излучение.

Модель абсолютно черного тела - полость с маленьким отверстием.

Законы излучения абсолютно черного тела

• Закон Вина: длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его температуре

• Закон Стефана-Больцмана: Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна его температуре в четвертой степени

Формула Планка

Гипотеза Планка: атомы излучающего тела отдают электромагнитную энергию порциями (квантами).

6.2. Внешний фотоэффект

Явление испускания электронов поверхностью металла под действием света.

Законы внешнего фотоэффекта

1. Количество вылетевших электронов пропорционально интенсивности света.

2. Максимальная скорость v_max электронов зависит только от частоты света.

Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта

3. Для каждого вещества существует минимальная частота _гр, ниже которой фотоэффект не наблюдается. Эта граничная частота называется красной границей фотоэффекта.

Из условия  = А_вых:

Квантово-волновой дуализм света.

Свет одновременно представляет собой волну и поток частиц – фотонов.

Ф отон – частица с массой покоя, равной нулю, движущаяся всегда со скоростью света в вакууме с = 3·10⁸ м/с.

Энергия фотона

Импульс фотона

6.3. Волны де Бройля. Соотношение неопределенностей.

Гипотеза де Бройля: Каждый микрообъект проявляет себя одновременно и как частица и как волна.

Джордж Томсон, английский физик, 1928 г. - дифракция при прохождении пучка электронов через тонкую золотую фольгу.

Гипотеза Луи де Бройля

Формулы, связывающие параметры частицы и волны те же, что и для фотона:

Волны де Бройля характеризуют вероятность нахождения частицы вблизи рассматриваемой точки пространства.

Вероятностный, случайный характер поведения микрообъектов ограничивает применение по отношению к ним таких классических понятий, как импульс, энергия, координата.

Соотношения неопределеностей.

В. Гейзенберг, немецкий физик (1901-1976 г.): «понятия обычного языка не подходят для описания строения атома».

Произведение неопределенности импульса на неопределенность координаты частицы по порядку величины не может быть меньше постоянной Планка.

Произведение неопределенности полной энергии частицы на время ее пребывания в этом состоянии по порядку величины не может быть меньше постоянной Планка.

Принцип дополнительности

Постоянная Планка – квант действия – величина, определяющая масштаб изменения квантующихся характеристик.

Две взаимоисключающие характеристики – энергетически-импульсная и пространственно-временная взаимно дополняют друг друга.

Принцип дополнительности Бора: всякое истинно глубокое явление природы требует для своего определения, по крайней мере, двух взаимоисключающих понятий.