Фотоэффект.Эффект Комптона. Соотношение неопределенностей

Сильно неравновесные системы (нелинейный отклик на воздействие). Возникновение диссипативных структур. Бифуркации и аттракторы. Спонтанная самоорганизация (модель самозарождения жизни).

Слабо неравновесные системы (линейный отклик на внешнее воздействие). Образование макроскопических потоков (конвекция, теплопроводность). Поток энергии и энтропии во внешний мир (на примере поддержания температуры в комнате). Теплоизоляция.

Стационарное неравновесие достигается, когда внешнее воздействие выводит систему из состояния равновесия, но поскольку это воздействие недостаточно велико, то состояние системы удерживается вблизи состояния равновесия.

Для таких состояний с некоторыми поправками применяется теоретический аппарат термодинамики

Для феноменологического объяснения устойчивости неравновесных состояний может использоваться принцип Ле Шателье-Брауна: система, выведенная внешним воздействием из состояния с минимальным производством энтропии, стимулирует развитие процессов, направленных на ослабление внешнего воздействия

В 20 веке наука исходит из того, что все системы любого порядка являются открытыми. Такая система способна обмениваться с окружающей средой веществом, энергией, информацией и находиться в состоянии далеком от термодинамического равновесия. Развитие открытой системы зачастую происходит путем образования прогрессирующей упорядоченности. Такие представления легли в основу понимания самоорганизации материальных систем.

СИНИРГЕТИКА (теория самоорганизации) – новое направление междисциплинарных исследований, предметом которых являются процессы самоорганизации в открытых системах физической, биологической и другой природы.

Два напрвления раздития синергетики:

– синергетика (Г. Хекан);

– неравновестная термодинамика (И. Р. Пригожин).

В открытых системах, находящихся вдали от термодинамического равновесия, за счет притока вещества и энергии из внешней среды создается и поддерживается неравновестность. Благодаря этому происходит взаимодействие элементов и подсистем, приводящее к их согласованному поведению в результате к образованию новых устройств и структур, т.е к самоорганизации.

Самоорганизация (по Хекану) – спонтанное образование высокоупорядоченных структур из зародышей или даже из хаоса.

Условия самоорганизации:

· система должна быть открытой, иметь приток энергии и вещества извне, находиться вдали от точки

· система должна быть открытой, иметь приток энергии и вещества извне, находиться вдали от точки термодинамического равновесия;

· наличие флуктуаций

· нарушение симметрии

· процесс самоорганизации возможен только при определенном, достаточном количестве взаимодействующих элементов

· самоорганизация основывается на положительной обратной связи, в отличие от динамического равновесия систем, которое опирается на отрицательную обратную

Состояние максимальной хаотичности неравновесного процесса называют точной бифуркации (разделение) (шарик на сфере).

Как только траектория шарика определяется, то направление движения начнет подчиняться необходимости. Отрезок эволюционного пути от точки бифуркации до необходимого финала называют аттрактором (воронка).

Развертывание нелинейного процесса от точки бифуркации до выбора аттрактора – это начало второй части эволюции нелинейного процесса.

Избыточное поступление энергии из вне приводит процесс к дезорганизации, к хаотичному состоянию. На первый взгляд может показаться, что дальнейший приток энергии в систему извне бесполезен и даже вреден, но это не так.

Если ввести в систему достаточное количество свежей энергии, то в хаотичном состоянии начнет зарождаться новая организация.

Когда величина вводится из вне энергия достигает некоторого критического значения, то система внезапно (скачком) переходит из хаотического состояния в новое устойчивое (организованное)

Фотоэффе́кт — это испускание электронов веществом под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Законы фотоэффекта:

Формулировка 1-го закона фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку, освещающему металл.

Согласно 2-му закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света (или максимальная длина волны λ₀), при которой ещё возможен фотоэффект, и если , то фотоэффект уже не происходит.

Эффект Комптона (Комптон-эффект) — явление изменения длины волны электромагнитного излучения вследствие рассеивания его электронами. Обнаружен американским физиком Артуром Комптоном в 1923 году для рентгеновского излучения. В 1927 Комптон получил за это открытие Нобелевскую премию по физике.

Иллюстрация к эффекту Комптона

При рассеянии фотона на покоящемся электроне частоты фотона и (до и после рассеяния соответственно) связаны соотношением:

Для электрона м. Уменьшение энергии фотона после комптоновского рассеяния называется комптоновским сдвигом. В классической электродинамике рассеяние электромагнитной волны на заряде (томсоновское рассеяние) не сопровождается уменьшением её частоты.

Объяснить эффект Комптона в рамках классической электродинамики невозможно. С точки зрения классической физики электромагнитная волна является непрерывным объектом и в результате рассеяния на свободных электронах изменять свою длину волны не должна. Эффект Комптона является прямым доказательством квантования электромагнитной волны, другими словами подтверждает су

Принцип неопределённости Гейзенбе́рга (или Га́йзенберга) в квантовой механике — фундаментальное неравенство (соотношение неопределённостей), устанавливающее предел точности одновременного определения пары характеризующих квантовую систему физических наблюдаемых (см. физическая величина), описываемых некоммутирующими операторами (например, координаты и импульса, тока и напряжения, электрического и магнитного поля). Соотношение неопределенностей^{[* 1]} задаёт нижний предел для произведения среднеквадратичных отклонений пары квантовых наблюдаемых. Принцип неопределённости, открытый Вернером Гейзенбергом в 1927 г., является одним из краеугольных камней квантовой механики.

Дата добавления: 2015-05-10