Билет №14
1. Поглощение света прозрачными телами. Спектр поглощения прозрачных тел. Закон Бугера.
Поглощением (абсорбцией) света - явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе вследствие преобразования энергии волны в другие виды энергии. В результате поглощения интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается. Прозрачным веществом называют такое вещество, которое пропускает, не поглощая и не рассеивая, лучи всех или некоторых длин волн (воздух, вода, стекло, абсолютное -вакуум). Разложение поглощенного излучения на простые (монохроматические) волны называется спектром поглощения. Излучение спектров поглощения лежит в основе спектрального анализа. Структура этих полос определяется составом и строением молекул. Молекулы будут поглощают свет избирательно, так как частоты падающего излучения должны совпадать с собственными частотами излучения молекул вещества. Наблюдаем резонансное поглощение.
Изменение интенсивности света на пути dl пропорционально величине этого пути и величине самой интенсивности: dI = -αIdL. Где dL-толщина слоя; α – коэффициент поглощения, который не зависит ни от интенсивности, ни от толщины, зависит от природы и длины волны; минус поставлен, чтобы отразить, что свет затухает.
I = I0e-αL закона Бугера. Согласно этому закону, интенсивность света убывает в поглощающем веществе экспоненциально. Таким образом, коэффициент поглощения есть величина, обратная толщине слоя, при прохождении которого интенсивность света убывает в е раз.
L-толщина слоя [м]
α – коэффициент поглощения [1/м]
I0 – интенсивность падающего света [Вт/м2] [Дж/с*м2]
I - интенсивность вышедшего света [Вт/м2] [Дж/с*м2]
2. Законы фотоэффекта. Объяснение законов фотоэффекта. Корпускулярно-волновой дуализм.
Фотоэффект – это вырывание электронов из вещества под действием света.
Ток насыщения - некоторое предельное значение силы фототока.
Задерживающее напряжение - напряжение между анодом и катодом, при котором фототок равен нулю. Зависит от максимальной кинетической энергии, которую имеют вырванные светом электроны.
Работа выхода – это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл. [Дж]
Законы Столетова.
1. Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени, прямо пропорционально интенсивности света.
2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от её интенсивности.
3. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света, при которой ещё возможен фотоэффект.
Квантовая теория дает следующие объяснения законам фотоэффекта.
1.По
Эйнштейну, каждый квант поглощается
только одним электроном. Поэтому число
вырванных фотоэлектронов должно быть
пропорционально интенсивности света.
2.Из уравнения Эйнштейна следует, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения и не зависит от его интенсивности (числа фотонов), так как ни А, ни v от интенсивности света не зависят.
v2> v1> v0
3.Так
как с уменьшением частоты света
кинетическая энергия фотоэлектронов
уменьшается (для данного металла А =
const), то при некоторой достаточно малой
частоте v=vо кинетическая энергия
фотоэлектронов станет равной нулю и
фотоэффект прекратится. Получаем, что
ν0
=
и есть красная граница, которая зависит
лишь от работы выхода электрона, т.е. от
химической природы вещества.
Из
уравнения тангенс угла наклона прямой,
выражающей зависимость запирающего
потенциала от частоты, равен отношению
постоянной планка к заряду электрона.
Корпускулярно-волновой дуализм.
При переходе к исследованию микромира оказались разрушены представления классической физики. Классическая физика всегда отчетливо разделяла объекты, которые обладают волновой природой и дискретной корпускулярной структурой. Изучая микрочастицы, ученые столкнулись с ситуацией, что одни и те же объекты обнаруживали как волновые, так и корпускулярные свойства.
Первый шаг в этом направлении был сделан немецким физиком М. Планком. В процессе работы по исследованию теплового излучения, он пришел к выводу о том, что атомы излучают энергию не непрерывно, а дискретно – то есть отдельными порциями, которым он дал название кванты. Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом. Энергия определяется через число колебаний соответствующего вида излучения и универсальную константу Е = hν.
Ранее всего корпускулярно-волновой дуализм был определен для света. При испускании и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц с энергией Е = hν, зависящей от частоты. Порция света оказалась неожиданно очень похожей на то, что принято называть частицей. Свойства света, обнаруживаемые при его излучении и поглощении, назвали корпускулярными. Сама же световая частица была названа фотоном. Фотон – элементарная частица, являющая квантом электромагнитного излучения. Не обладает массой покоя и электрическим зарядом, но обладает энергией и импульсом, а при образовании (рождении) сразу обладает скоростью света. Фотон, подобно частице, обладает определенной порцией энергии hν. Согласно теории относительности энергия всегда связана с массой соотношением Е = mс2. Так как энергия фотона равна hν, то, следовательно, масса фотона m = = (масса фотона – это масса движущегося фотона). По известной массе и скорости фотона можно найти его импульс p = mc = Чем больше частота (меньше длина волны), тем больше энергия и импульс фотона, и тем отчетливее выражены корпускулярные свойства света. Итак, исследователи на основе экспериментов были вынуждены ввести представление о свете, как о потоке частиц. Однако нельзя забывать, что на основании опытов по интерференции, дифракции, поляризации вполне обоснованно делались выводы о наличии у света волновых свойств. Получается, что свет — это сразу и волны, и частицы, обладает двойственностью. При распространении света проявляются его волновые свойства, а при взаимодействии с веществом (поглощении и излучении) — корпускулярные. Впоследствии двойственность свойств, называемая корпускулярно-волновым дуализмом, была открыта у электронов и других элементарных частиц.
E – энергия [Дж]
h – постоянная планка = 6,63*10-34 [Дж*с]
ν – частота [1/с или Гц]
c – скорость света = 3*108 [м/с]
λ – длина волны [м]
p – импульс [ кг*м/с]
e – заряд электрона = —1,6 • 10-19 [Кл]