Фотоны. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
Развивая идеи Планка о квантовании энергии атомов, Эйнштейн высказал гипотезу о том, что свет не только излучается, но также распространяется в пространстве и поглощается веществом в виде отдельных дискретных квантов электромагнитного излучения – фотонов. Все фотоны монохроматического света частоты имеют одинаковую энергию e=h, где h-постоянная Планка и движутся в пространстве со скоростью света в вакууме. При внешнем фотоэффекте электрон проводимости металла, поглощая фотон, получает его энергию h. Для выхода из металла электрон должен совершить работу выхода А. Поэтому уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта имеет вид: h=A+½mυ2макс – энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода А из металла и на сообщение фотоэлектрону кинетической энергии ½mυ2макс.
Энергия и импульс фотонов. Давление света.
Свет испускается, поглощается и распространяется дискретными порциями (квантами), названными фотонами. Фотон – элементарная частица, которая всегда движется со скоростью света и имеет массу покоя, равную нулю. Энергия фотона e= h. Масса фотона m= h/c2. Импульс фотона p=e/c= h/c. Давление света p на плоскую поверхность тела равно численному значению нормальной составляющей суммарного импульса, переда-
в
аемого
фотонами телу на единице площади
рассматриваемой поверхности за единицу
времени:
p=n0h(1+R)cos2 i, где n0-концентрация фотонов падающего света, R-коэффи-циент отражения, т.к. n0h=E – энергия всех фотонов, падающих на единицу поверхности в единицу времени p=E(1+R)cos2 i или p=E/с (1+R)cos i.
Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома.
Резерфорд, исследуя прохождение -частиц в веществе (через золотую фольгу толщиной 1мкм), показал, что основная их часть испытывает незначительные отклонения, но некоторые -частицы (примерно одна из 20 000) резко отклоняются от первоначального направления (углы отклонения достигали даже 180). Так как электроны не могут существенно изменить движение столь тяжелых и быстрых частиц, как -частицы, то Резерфордом был сделан вывод, что значительное отклонение -частиц обусловлено их взаимодействием с положительным зарядом большой массы. Однако значительное отклонение испытывают лишь немногие -частицы; следовательно, лишь некоторые из ник проходят вблизи данного положительного заряда. Это, в свою очередь, означает, что положительный заряд атома сосредоточен в объеме, очень малом по сравнению с объемом атома. На основании своих исследований Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель атома. Согласно этой модели, вокруг положительного ядра, имеющего заряд Ze (Z-порядковый номер элемента, e –элементарный заряд), размер 10-15 – 10-14 м и массу, практически равную массе атома, в области с линейными размерами порядка 10-10 м по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Т.к. атомы нейтральны, то заряд ядра равен суммарному заряду электронов, т.е. вокруг ядра должно вращаться Z электронов.
Ядерная модель атома. Постулаты Бора.
Согласно ядерной (планетарную) моде-ль атома, предложенной Резерфордом, вокруг положительного ядра, имеющего заряд Ze (Z-порядковый номер элемента, e –элементарный заряд), размер 10-15 – 10-14 м и массу, практически равную массе атома, в области с линейными размерами порядка 10-10 м по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Т.к. атомы нейтральны, то заряд ядра равен суммарному заряду электронов, т.е. вокруг ядра должно вращаться Z электронов. Бор поставил перед собой задачу связать в единое целое эмпирические закономерности линейчатых спектров, ядерную модель атома и квантовый характер излучения и поглощения света. В основу своей теории Бор положил два постулата: Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): в атоме существуют стационарные состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты , по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн. Второй постулат Бора (правило квантования орбит): в стационарном состоянии атома электрон, движущийся по круговой орбите, имеет квантовые значения момента импульса, удовлетворяющие условию Lk= mυr =ki (k=1,2,3,…). Третий постулат Бора (правило частот): при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается один фотон с энергией h=En-Em, равной разности энергий соответствующих стационарных состояний.