DUALIZM KORPUSKULARNO-FALOWY
-
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne
-
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na wybijaniu elektronów z powierzchni metali przez promieniowanie elektromagnetyczne.
W wyniku przeprowadzonych doświadczeń polegających na wybijaniu z powierzchni metali przez światło elektronów (nazywa się je fotoelektronami zaobserwowano że :
-
ilość emitowanych elektronów jest proporcjonalna do natężenia padającego promieniowania.
-
dla każdego metalu istnieje pewna częstotliwość graniczna ν0, poniżej której zjawisko nie zachodzi (dla żadnej wartości natężenia oświetlenia) .
-
energia emitowanych elektronów zależy od częstotliwości fali, nie zależy natomiast od jej natężenia, a więc jej energii
-
Wyjaśnienie zaobserwowanych faktów wymaga założenia korpuskularnej natury światła. Wyjaśnienie takie podał Einstein. Przyjął on, że:
-
Światło jest wiązką cząstek - fotonów.
-
E nergia fotonu (w języku korpuskularnym ) jest proporcjonalna do długości fali (w języku falowym) .
-
Aby wyrwać elektron z powierzchni metalu należy mu dostarczyć określonej energii, zwanej pracą wyjścia W.
-
Energia kinetyczna fotoelektronu (maksymalna) jest równa energii fotonu (Ef = h·ν) pomniejszonej o pracę wyjścia W .
-
M ożna więc napisać (wzór Millikana-Einsteina):
gdzie :
Ek – energia kinetyczna wybitego elektronu
h - stała Plancka h= 6,63·10-34 J·s
ν (lub f ) - częstotliwość fali świetlnej;
W - praca wyjścia.
-
Fotony
Fotony są trwałymi cząstkami (kwantami) promieniowania elektromagnetycznego, nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych nie posiadającymi, ładunku elektrycznego ani masy spoczynkowej (ich masa spoczynkowa jest równa zeru), którym przypisuje się energię:
Ef – energia fotonu ( kwantu promieniowania )
h - stała Plancka;
ν - częstotliwość promieniowania elektromagnetycznego;
c - prędkość światła w próżni ;
λ – długość fali elektromagnetycznej
pf – pęd przypisany fotonowi
M asa poruszającego się fotonu związana jest wyłącznie z unoszoną przez niego energią. Można ją wyrazić wzorem:
Fotony względem każdego obserwatora w próżni poruszają się z taką samą prędkością, równą prędkości światła c. Pęd fotonu dany jest wzorem:
-
Zjawisko Comptona
Zjawisko Comptona polega na rozpraszaniu promieniowania rentgenowskiego na swobodnych elektronach, w wyniku czego promieniowanie rozproszone ma większą długość fali niż promieniowanie padające.
Aby to zjawisko wyjaśnić, należy założyć, że miało miejsce sprężyste zderzenie dwóch poruszających się cząstek: fotonu i elektronu, podczas którego spełniona była zasada zachowania energii i pędu.
W czasie zderzenia foton przekazuje część swojej energii i pędu elektronowi, stąd wzrost długości fali rozproszonego fotonu.
III . Dualizm korpuskularno-falowy
-
Promieniowanie elektromagnetyczne, czyli również światło, wykazuje dwoistą naturę:
-
korpuskularną (zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne i , zjawisko Comptona )
-
falową (dyfrakcja, interferencja) .
-
Światło (jak również materia! ) jest więc jednocześnie strumieniem cząstek i falą.
IV . Hipoteza de Broglie'a
-
Według de Broglie'a nie tylko fotonom, lecz wszystkim cząstkom można przypisać jednocześnie naturę korpuskularną i falową.
-
Przypuszczenie to zostało potwierdzone eksperymentalnie (np. dyfrakcja i interferencja elektronów, neutronów, atomów helu, cząsteczek wodoru).
-
K ażdej poruszającej się cząstce może być zatem przypisywana odpowiednia fala materii, zwana falą de Broglie'a, której długość jest uzależniona od pędu p cząstki:
h - stała Plancka.
h= 6,02 10-34 Js
V. Zasada nieoznaczoności Heisenberga
-
Nie można jednocześnie dokładnie zmierzyć dwóch sprzężonych ze sobą (komplementarnych ) wielkości fizycznych, np. pewnej składowej położenia i odpowiadającej jej składowej pędu cząstki.
x - niepewność pomiaru współrzędnej położenia;
px - niepewność pomiaru odpowiedniej składowej pędu.
h- stała Plancka
-
Podobna zależność istnieje pomiędzy energią procesu fizycznego i czasem, w jakim ten proces zachodzi.
E - niepewność pomiaru energii;
t - niepewność pomiaru czasu.
h- stała Plancka
-
Z zasady nieoznaczoności wynika, że im dokładniej wyznaczy się jedną wielkość (np.
położenie lub energię), tym mniej dokładnie zostanie określona ta druga wielkość (odpowiednio: składowa pędu lub czas).
Zasada nieoznaczoności jest konsekwencją dualizmu korpuskularno-falowego i stosuje się ją do wszystkich obiektów, które wykazują dwoistą naturę.
Dostları ilə paylaş: |