II.Эффект Комптона.

II.Эффект Комптона.

Комптон Артур
(1892-1962) – американский физик.

Эффект Комптона

Изменение частоты
или длины волны фотонов при их рассеянии
электронами или нуклонами.

Эффект Комптона,
открытый им в 1923 году, отличается от
фотоэффекта тем, что фотон передает
частицам вещества свою энергию не
полностью
. При теоретическом
рассмотрении комптон-эффекта (если
рассеяние монохроматических рентгеновских
лучей происходит легкими веществами –
графит, парафин) считается, что электрон
свободный.

Рассеяние фотона
на свободном электроне рассматривается
как процесс их упругого столкновения.

При этом считается,
что электрон вначале был покоящимся, а
после столкновения движется со скоростью
V, сравнимой со скоростьюCналетающего фотона.

При элементарном
акте рассеяния должны соблюдаться
законы сохранения энергии и количества
движения (импульса):


(2)


(3)

,

где: (4)

;
(5)

;
(6)

Решая совместно
эти уравнения, получим уравнение для
неизвестной длины волны рассеянного
фотона.

, (7)

где
;;

т.е. видно, что >0,
т.е. часть энергии фотона отдано
электрону;

это привело к
уменьшению частоты, или увеличению фотона.

Обозначая увеличение
через Δт.е. (–0),
получим:

(8)

Комптоновская
длина волны

–для электрона

Из уравнения
следует:

1) изменение длины
волны излучения при рассеянии свободным
электроном не зависит от длины волны
падающего излучения;

2) если θ = 180(обратное расстояние), то изменение
длины волны максимально:

3) чем mбольше, тем изменение0меньше и если рассеяние происходит на
связанных электронах, то обмен энергией
и импульсом происходит с целым атомом
и, следовательно, чем больше номер атома,
тем комптоновское смещение ничтожно
мало ипрактически
совпадает с0.

III.Давление света.

Давлением света
называется механическое действие,
производимое давлением электромагнитными
волнами, при падении на какую-либо
поверхность.

Рассмотрим давление
света с двух позиций природы излучения:
с волновой (А) и квантовой (Б).

А. Волновая
теория света
.

На плоскую
поверхность Р падает электромагнитная
волна. Векторы
илежат в плоскости Р

Под действием
заряды (электроны) смещаются вдоль
поверхности.

Под действием
заряды смещаются внутрь тела (действие
амперовой силы и правило левой руки),
т.е.

получается, что
заряды как бы вдавливаются в тело fр.
Расчет по электромагнитной теории дает
давление света:

, (9)

где ЕЭ
энергетическая освещённость поверхности,
т.е. плотность потока световой энергии
электромагнитного излучения падающего
перпендикулярно на площадьSплоскости Р;

ρ – коэффициент
отражения от поверхности;

ω – плоскость
энергии;

Фэ– поток
излучения.

W = ε·n,

где ε = hν;

n – число фотонов,
падающих на поверхность в единицу
времени.

.

Тогда:

Давление

Впервые давление
света экспериментально доказал русский
ученый П.Н. Лебедев, сначала на твердые
тела, а в 1907 году на газы и измерил его.

Б. Квантовая
теория света
.

Квантовая теория
света объясняет световое давление как
результат передачи фотонами своего
импульса атомам или молекулам на
поверхности тела.

Рассмотрим двумя
способами.

1 способ.Пусть на поверхность тела падает поток
фотоновN:

N–
число падающих фотонов в единицу времени.

mФ– масса
фотона.

mФ∙С
– импульс фотона,

где С – скорость
света.

За время dtна площадкуdSупадет число
фотонов –

Из них:

а) доля отражения


передадут стенке количество движения
2mф·с;

б) доля поглощения

передадут стенке количество движения
2mф·с.

Полное количество
движения, переданное стенке, равняется
импульсу сил давления.

Преобразуя, получим:

(10)

Пример:

Давление солнечных
лучей на чёрную поверхность площадью
1 квадратный метр равно 4∙10-6Н.

2 способ.Пусть на поверхность тела с коэффициентом
отражения ρ падает поток фотонов числомN.

Количество
отражённых фотонов – ρN;

количество
поглощённых фотонов – (1 – ρ)N.

Отражённый фотон
передаёт импульс:

Поглощённый фотон
передаёт импульс:

Полный импульс,
получаемый площадкой:

умножаем левую
часть на

;

,

где давление.

,

где – поток (мощность) излучения;

–энергетическая
освещённость поверхности,
.

=
(11)

Приборы, с помощью
которых определяется давление света,
называются – радиометры.

Leave a Comment