Маса та імпульс фотонів. Досліди Боте, Вавилова.

За теорією Ейнштейна, яка добре узгоджується із законами фотоефекту, світло є потоком матеріальних квазічастинок – фотонів.

Характеристики фотона.

1. Швидкість фотона υ дорівнює швидкості світла у вакуумі .

2. Маса фотона. Знайдемо масу спокою фотону методом від супротивного.

Фотон – релятивістська частинка, а отже, його маса визначатися за формулою:

,

де – маса спокою фотона.

З того, що швидкість фотона дорівнює швидкості світла, випливає, що його маса прямує до нескінченності.

Це можливо за умови, що маса спокою фотона дорівнює нулю: .

Зауваження. Цей висновок можна легко зрозуміти. Справді, фотон – частинка світла. Чи можна уявити собі світло, яке зупинилося?!

3. Енергія одного фотона як кванта світла дорівнює:

.

Проте енергія будь-якої релятивістської частинки визнається за формулою: . За енергією фотона можна визначити його масу, а саме:

, або .

4. Імпульс фотона визначається таким чином:

;

;

.

Характеристики фотона – маса, імпульс – залежать від частоти або довжини хвилі світла.

Таку властивість називають корпускулярно-хвильовим дуалізмом світла, тобто світло має властивості частинки і хвилі одночасно.

Зі збільшенням частоти світла його корпускулярні властивості проявляються сильніше і, навпаки, зі зменшенням частоти світла проявляються сильніше хвильові властивості. Тому вперше явище фотоелектричного ефекту спостерігалося саме при опромінюванні металевого катода ультрафіолетовим випромінюванням.

У досліді Боте джерелом рентгенівського проміння була тонка плівка (Ф) (рис. 1.9), яка збуджува­лася боковим рентгенівським пуч­ком Р (рентгенівська флюоресце­нція). На рівних відстанях від фоль­ги по обидва боки розташовували газорозрядні лічильники, які були з’єднані зі спеціальним механізмом. Біля кожного з них знаходився лічильник, що спрацьовував на відповідну дію, і механізм на стрічці робив мітку. Якби фольга випромінювала за законом класичної електродинаміки, лічильники повинні були б реєструвати випромінювання одночасно. Насправді ж дослід показав, що спрацьовував то один, то другий лічильник, тобто фольга випромінювала то в одному, то в іншому напрямку (випромінювання здійснювалось порціями, або квантами).

У найбільш чистому вигляді флуктуації (неоднорідності) в слабких фотонних пучках спостерігались у дослідах Вавилова. Він скористався тим, що око людини адаптоване до присмерку, має сталий поріг зорового відчуття, і до того ж дуже малий. В області найбільшої чутливості ока він дорівнює 4∙10^-17Дж/с, що становить приблизно 100 фотонів/с.

Очевидно, що при середньому потоці світла 100 фотонів/с обов’язково спостерігатимуться флуктуації величини світлового потоку (110 фотонів/с − спалах, 90 фотонів/с − темрява).

Досліди Вавилова виконувались за схемою, представленою нижче (рис. 1.10).

Оскільки присмерковий зір є периферичним, око О фіксувалося на слабкому червоному джерелі S″, світло від якого направлялося в око за допомогою дзеркала Z, а досліджуване світло від джерела S′ через діафрагму потрапляло на периферичну частину сітчатки ока. Світло від джерела S′ потрапляло на диск, що мав отвір і обертався з частотою 1 об/с. Протягом 0,9 с світло затримувалось диском, а 0,1 с пропускалось. Потім світло проходило через фільтр F, який виділяв його зелену складову. Далі світло проходить через клин К, піднімаючи або опускаючи який можна довести інтенсивність світла до порогу зорового відчуття.

Дата добавления: 2017-02-01