Слайд 1Квантовая физика.
I Введение. Обоснование идей квантовой теории.
Доцент О.С. Кравцова
Слайд 2Квантовая оптика – раздел оптики, занимающийся изучением явлений, в которых
проявляются квантовые свойства света.
Слайд 31. Тепловое излучение и его характеристики.
Слайд 4
Количественной характеристикой теплового излучения служит спектральная плотность энергетической светимости (испускательная
способность) тела - мощность излучения с
единицы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины.
Слайд 5Способность тел поглощать падающее на них излучение характеризуется спектральной поглощательной
способностью .
Слайд 7Тело, способное поглощать при любой температуре все падающее на него
излучение любой частоты называется абсолютно черным телом.
Серое тело– тело,
поглощательная способность которого меньше единицы, но одинакова для всех частот и зависит только от температуры, материала и состояния поверхности тела:
Слайд 9Закон Кирхгофа определяет соотношение между испускательной и поглощательной способностями тел.
Отношение
испускательной и поглощательной способностей тела не зависит от природы тела
и является универсальной для всех тел функцией частоты и температуры
Слайд 13Положение максимума в спектре его излучения описывается экспериментальным законом смещения
Вина:
Длина волны , при которой излучательная способность черного тела максимальна,
обратно пропорциональна его термодинамической температуре:
Слайд 146. Формулы Рэлея – Джинса и Вина.
Слайд 15"ультрафиолетовая катастрофа":
Закон излучения Вина
Слайд 17Атомные осцилляторы излучают энергию не непрерывно, а определенными порциями -
квантами.
Энергия кванта:
Слайд 18Таким образом, формула Планка обобщает все законы теплового излучения и
является полным решением основной задачи теории теплового излучения.
Слайд 201. Модели атома Томсона и Резерфорда.
Слайд 21Эксперименты Резерфорда по рассеянию - частиц на
тонких металлических пленках
Слайд 22Резерфорд предложил планетарную модель атома.
Второй закон Ньютона для электрона, движущегося
по окружности под действием кулоновской силы:
Слайд 232. Линейчатый спектр атома водорода.
Слайд 24Характерный линейчатый спектр каждого элемента представляет собой серии линий.
Положение
линий атома водорода в видимой области спектра описываются формулой Бальмера.
постоянная
Ридберга
Слайд 25Позднее в ультрафиолетовой области была обнаружена
Серия Лаймана:
а в
инфракрасной области
серия Пашена:
серия Брэкета:
серия Пфунда:
серия Хэмфри:
Слайд 26Все эти серии могут быть описаны обобщенной формулой Бальмера
определяет
границу серии, к которой со стороны больших частот
примыкает сплошной
спектр.
где
= 1, 2, 3, 4, 5, 6 определяет серию
определяет отдельные линии этой серии.
Значение
Слайд 28Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): существуют стационарные (не изменяющиеся
со временем) состояния атома, находясь в которых он не излучает
энергии.
Правило квантования орбит Бора утверждает, что в стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите, должен иметь квантованные значения момента импульса, удовлетворяющие условию
Слайд 29Второй постулат Бора (правило частот): при переходе атома из одного
состояния в другое испускается или поглощается один фотон с энергией
равной разности энергий соответствующих стационарных состояний.
Слайд 31В опытах Франка и Герца было экспериментально доказано существование в
атомах стационарных состояний.
Слайд 325. Спектр атома водорода по Бору.
Слайд 33радиус n-й стационарной орбиты электрона
первый Боровский радиус
полная энергия
электрона
Слайд 34Целое число n , определяющее энергетические уровни атома, называется главным
квантовым числом.
Энергетический уровень с n=1 называется основным (нормальным) уровнем,
а соответствующее ему состояние атома называется основным (нормальным) состоянием.
Уровни с n>1 и соответствующие им состояния называются возбужденными.
Придавая целочисленные значения, получаем для атома водорода энергетические уровни, представленные на рисунке.
Слайд 36Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием
электромагнитного излучения.
Схема для исследования внешнего фотоэффекта.
Слайд 37Зависимость фототока I образуемого потоком электронов, испускаемых катодом под действием
света, от напряжения U между катодом и анодом называется вольт
- амперной характеристикой фотоэффекта.
Слайд 39I Закон Столетова: при фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов,
испускаемых фотокатодом в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока
насыщения пропорциональна энергетической освещенности катода).
II Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой .
III Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта — минимальная частота света (зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.
Слайд 40Кванты электромагнитного излучения, движущиеся со скоростью распространения света в вакууме,
называются фотонами.
Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода
из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии.
Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта:
Слайд 418. Масса и импульс фотона. Единство корпускулярных и волновых свойств
света.
Слайд 42
Эти соотношения связывают квантовые (корпускулярные) характеристики фотона — массу, импульс
и энергию — с волновой характеристикой света — его частотой.
Слайд 44Энергетическая освещенность поверхности:
Объемная плотность энергии излучения:
Слайд 46 — длина волны рассеянного излучения
— комптоновская длина
волны