Кванты света. Энергия, импульс фотона. Корпускулярно-волновой дуализм свойств ЭМ излучения

Рассеяние света.

Рассеяние света - это процесс преобразования света в вещество, который сопровождается: 1) изменением направления распространения света; 2) появлением несобственного свечения вещества.

Мандельштам ввел понятие мутной среды - это среда, в которой взвешено множество очень мелких частиц инородных частиц. Например, аэрозоли, которые наблюдаются в облаках, дыме, тумане, различные эмульсии, коллоидные растворы.

Для таких сред показатель преломления не постоянен n(^®r) (он зависит от координат пространства). Это означает, что среда оптически неоднородна.

Если введем параметр l, который характеризует неоднородность и если он l _неодн>l, то свет, проходя через эту среду будет давать равномерное распределение интенсивности по всем направлениям, т.е. среда для такого света оптически однородной. Однако, если l_неодн<l, то в этом случае свет рассеивается на инородных частицах этой среды и становится видимым. Этот процесс рассеивания получил название эффекта Тиндаля.

1. r(^®r)

2. Т(^®r)

Эффект Тиндаля объяснил теоретически Рэлей и сформулировал следующий закон (закон Рэлея): интенсивность рассеянного света обратно пропорционально l⁴: I~l⁴.

К объяснению свойств света существует 2 подхода: 1) корпускулярный; 2) волновой.

1. Гипотеза Планка.

Излучение и поглощение света происходит дискретно, т.е. определенными порциями (квантами), энергия которых определяется частотой Е=hn (h - постоянная Планка = 6,63*10^-34Дж*с).

2. Эйнштейн создал квантовую теорию света, согласно которой излучение и поглощение, а также распространение света происходит в виде потоков световых квантов, которые он назвал фотонами. Процесс взаимодействия света с веществом - это взаимодействие кванта (фотона) с веществом.

Фотон обладает массой m, импульс p=m*c=hn/c=h/l.

3. E=m*c² - энергия фотона.

Фотоны всегда движутся в любой среде со скоростью света. Не существует в состоянии покоя, т.е. их масса покоя равна нулю.

Корпускулярно-волновой дуализм свойств ЭМ излучения. Это означает, что природу света можно рассматривать с двух сторон: с одной стороны это волна, свойства которой проявляются в закономерностях распространения света, интерференции, дифракции, поляризации. С другой стороны свет - это поток частиц, обладающие энергией, импульсом. Корпускулярные свойства света проявляются в процессах взаимодействия света с веществом (фотоэффект, эффект Комптона).

Анализируя можно понять, что чем больше длина волны l, тем меньше энергия (из Е= hс/l), тем меньше импульс, тем труднее обнаруживаются квантовые свойства света.

Чем меньше l => больше энергия Е фотона, тем труднее обнаруживаются волновые свойства света.

Взаимосвязь между двойственными корпускулярно-волновыми свойствами света можно объяснить, если использовать статистический подход к рассмотрению закономерностей распределения света.

Например, дифракция света на щели: при прохождении света через щель происходит перераспределение фотонов в пространстве. Так как вероятность попадания фотона в различные точки экрана неодинаковая, то возникает дифракционная картина. Освещенность экрана (количество фотонов на него падающих) пропорциональна вероятности попадания фотона в эту точку. С другой стороны освещенность экрана пропорциональна квадрату амплитуды волны I~E². Поэтому квадрат амплитуды световой волны в данной точке пространства является мерой вероятности попадания фотона в эту точку пространства.

Дата добавления: 2015-07-02