Дисперсия света
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
? увеличения фототока пространство между K и A иногда заполняют газом. Тогда при соответствующих значениях напряженности поля внутри ФЭ можно добиться эффекта ударной ионизации молекул газа ускоряющимися электронами, что приводит к увеличению фототока в десятки раз, однако в этом случае утрачивается безынерционность, т.ч. газополные ФЭ применяются только при медленно меняющихся световых потоках.
ФЭ безынерционен, т.е. испускание фотоэлектронов начинается сразу же, как только на K падает свет с ?>?min. Это свойство является еще одним подтверждением квантового характера взаимодействия света с веществом.
Согласно классическим волновым представлениям, требуется значительное время для того, чтобы эти волны заданной интенсивности могли придать электрону энергию, достаточную для совершения им работы выхода.
При очень больших интенсивностях света, достигаемых с помощью лазеров, наблюдаются многофотонный нелинейный фотоэффект. При этом электрон может одновременно получить энергию не одного, а N фотонов.
В этом случае уравнение закона сохранения энергии будет выглядеть так:
.
Красная граница N-фотонного фотоэффекта:
.
Для создания приборов, регистрирующих световые потоки, используется и внутренний фотоэффект.
Принципы действия фоторезистора, фотодиода, фототранзисторов - всё основано на внутреннем фотоэффекте.
5.5 Давление света
1)Впервые гипотеза о световом давлении была высказана Кеплеров в 1619 году для объяснения отклонения хвостов комет, пролетающих вблизи Солнца.
2)В 1873 году Максвелл предсказал величину светового давления.
)Экспериментально удалось измерить световое давление лишь в 1899 году Лебедеву.
Общее давление солнечного света на Землю равно 6*108 Н.
Э/м теория Максвелла предсказала, что э/м волны, падающие на преграду должны оказывать на неё давление. Такое действие света объясняется поперечностью э/м волн. Если в веществе преграды имеются электроны проводимости, то под действием электронов поперечной падающей волны в нем возникают микротоки, на которые со стороны магнитного поля волны будет действовать сила Лоренца.
Направление силы Лоренца совпадает с направлением распространения падающей волны.
Максвелл нашёл, что при нормальном падении плоской монохроматической э/м волны на плоскую преграду с коэффициентом отражения R световое давление:
, (*)
где - интенсивность света, c - скорость света в вакууме.
Вывод теории Максвелла о существовании светового давления при рассмотрении с квантовой точки зрения вынуждает учесть импульс каждого фотона.
Т.к. он движется со скоростью c, то его импульс будет
.
Если коэффициент отражения энергии преградой = R, а число фотонов, попадающих на единицу поверхности преграды, при интенсивности
,
То из них поглотится (1-R)N фотонов, а отразится RN фотонов.
В квантовой оптике давление света истолковывается как результат передачи отражающим поглощающим телам импульса фотонов.
Давление света на плоскую поверхность тела равна численному значению нормальной составляющей суммарного импульса, передаваемого фотонами телу на единице площади за единицу времени.
Тогда полное давление свету будет
,
что совпадает с результатами Максвелла (*).
Высокая когерентность излучения лазеров позволяет концентрировать его в пучки с очень малым сечением, где развивается громадное давление.
6. Эффект Комптона
В Механике доказывается, что фотон не может быть поглощен свободным электроном, т.к. такой процесс несовместим с законами сохранения энергии и импульса.
По той же причине невозможно и излучение фотона свободными электронами.
Действительно: выберем инерциальную систему отсчета, связанную с электроном. В ней электрон обладает только собственной энергией , где m0 - масса покоя электрона.
Если бы произошло излучение фотона, то собственная энергия электрона должна была уменьшиться, т.е. должно было произойти превращение электрона в какую-то новую частицу. Но подобные превращения физике неизвестны.
Если же электрон движется с ускорением, т.е. взаимодействует с какими-то физическими объектами, то он излучает.
Все эти факты, как и фотоэффект, люминесценция, фотохимические реакции - показывают, что взаимодействие света с веществом происходит путем обмена энергией; наличие светового давления свидетельствует об обмене импульсом. При этом проявляются квантовые свойства света, т.ч. можно утверждать, что взаимодействие осуществляют фотоны, имеющие:
энергию E=h?;
импульс ;
нулевой заряд;
массу .
Однако, прямого доказательства, что в каждом элементарном акте взаимодействия единичного фотона с единичным атомом и электроном выполняются законы сохранения импульса и энергии, эти опыты не дают.
Прямое доказательство было получено Комптоном, обнаружившим в 1925 году при исследовании рассеяния рентгеновских лучей в парафине эффект носящий ныне его имя.
Комптон показал, что при рассеянии рентгеновских лучей () на электронах, очень часто связанных с ядрами атомов (почти свободных), происходит следующее: наряду с прошедшими через слой вещества не отклонённым пучком рентгеновских лучей, ослабленным, но сохранившим неизменную длину волны, наблюдается рассеяние рентгеновских лучей на разные углы. Это рассеяние сопровождается уве