Фотоны. Давление света. Корпускулярно-волновой дуализм

1.

ФОТОНЫ. ДАВЛЕНИЕ СВЕТА.
КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ
ДУАЛИЗМ.
Помимо энергии h фотон обладает также массой и
импульсом.
Масса фотона:
h
m 2 2
c
c
(масса покоя фотона равна нулю)

2.

h
Импульс фотона: p mc
c
c
p k
Обладая импульсом, фотоны оказывают давление на
поверхности тел. Поглощенный фотон передает телу
h
, отраженный фотон
c
h
передает импульс 2 .
c
импульс

3.

Пусть в единицу времени на единицу площади
поверхности падает N фотонов. Тогда все отраженные
h
фотоны передадут импульс 2 N , а все поглощенные
c
h
N .
фотоны передадут импульс
c
Давление света на поверхность равно:
h
h
p 2 N N
c
c

4.

h
h
p 2 N N
c
c
h
p N 2
c
Если 0 , то 1 .
h
h
p N 2 1 N 1
c
c
h N I - энергия всех фотонов, падающих за единицу
времени на единицу поверхности тела
(интенсивность света)

5.

I
p 1
c
Первые эксперименты по определению давления излучения на
отражающие и поглощающие тела были выполнены П. Н. Лебедевым
(1900 г.).
КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ СВЕТА:
свету присущи одновременно квантовые и волновые
свойства,
причем
в
определенных
условиях
проявляются либо квантовые либо волновые свойства.

6.

“Неужели мы должны считать свет состоящим из
корпускул в понедельник, вторник и среду, пока мы
проделываем опыты с фотоэффектом и эффектом
Комптона, и представлять себе его волнами в четверг,
пятницу и субботу, когда мы работаем с явлениями
дифракции и интерференции?”
У. Брэгг

7.

ЭФФЕКТ КОМПТОНА
Исследуя в 1923 г. рассеяние рентгеновских лучей, Комптон
пришел к открытию, получившему название эффект Комптона.
Монохроматическое рентгеновское излучение с длиной волны ,
исходящее из рентгеновской трубки, проходит через две диафрагмы и
в виде узкого пучка направляется на рассеивающее вещество.
Рассеянные лучи анализируются с помощью спектрографа
рентгеновских лучей.

8.

Комптон, исследуя рассеяние рентгеновских лучей
различными веществами, обнаружил, что в рассеянных
лучах наряду с излучением первоначальной длины волны
содержатся также лучи большей длины волны .
Разность = - оказалась зависящей только от угла ,
образуемого
направлением
рассеянного
пучка
с
направлением первичного пучка. От длины волны и от
природы рассеивающего вещества не зависит.

9.

Результаты опыта Комптона

10.

Данный эффект можно объяснить, рассматривая
рассеяние как процесс упругого столкновения
рентгеновских фотонов с практически свободными
электронами вещества. При этом выполняются закон
сохранения импульса и закон сохранения энергии:

11.

k m k
m0c 2 ' mc 2
где k - импульс фотона до столкновения;
k ' - импульс фотона после столкновения;
m - импульс электрона после столкновения;
- энергия фотона до столкновения;
m0c2 - энергия покоя электрона;
' - энергия фотона после столкновения;
mc2 - полная энергия электрона
после столкновения.

12.

= к(1-cos )
к - комптоновская длина волны электрона
2
к
2,43 10 12 м
m0c