Фотоны, энергия, масса и импульс фотона

Лекция 8. Квантовые свойства электромагнитного излучения

Формула Планка

Г. Закон Вина

Длина волны, соответствующая максимальному значению излучательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре

1905 формула Релея – Джинса:

привела к резкому расхождению с экспериментом

Выход из сложившейся ситуации нашел М.Планк, который в 1900 г. Опубликовал одну из работ, в которой высказал предположение, что атомы излучают не непрерывно, а отдельными порциями – квантами, энергия которых пропорциональна частоте излучения.

Формула Планка, дает превосходное согласие с экспериментом. В области низких частот формула Планка переходит в формулу Релея-Джинса. Ф. Планка универсальна – из нее следуют законы Стефана – Больцмана и Вина.

Чтобы объяснить распределение энергии в спектре теплового излучения Планк допустил, что электромагнитные волны испускаются порциями (квантами). Эйнштейн в 1905 г. пришел к выводу, что излучение не только испускается, но и распространяется и поглощается в виде квантов. Этот вывод позволил объяснить все экспериментальные факты (фотоэффект, эффект Комптона, и др.), которые не могла объяснить классическая электродинамика, исходившая из волновых представлений о свойствах излучения.

Таким образом, распространение света следует рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных частиц, движущихся со скоростью с распространения света в вакууме. Впоследствии (в 1926 г.) эти частицы получили название фотонов. Фотоны обладают всеми свойствами частицы (корпускулы).

1. Энергия фотона

e=hv=,(1)

где h=6.6*10-34 Дж*с - постоянная Планка,=h/2p=1.055*10-34 Дж*с также постоянная Планка, w=2pv - круговая частота.

В механике есть имеющая размерность "энергия´время" величина, которая называется действием. Потому постоянную Планка иногда называют квантом действия. Размерность, совпадает, например, с размерностью момента импульса (L=r mv).

Как следует из (1) энергия фотона увеличивается с ростом частоты (или с уменьшением длины волны), и, например, фотон фиолетового света (l=0.38 мкм) имеет большую энергию, чем фотон красного света (l=0.77 мкм).

2. Масса фотона определяется исходя из закона о взаимосвязи массы и энергии (Е=mc2)

(2)

3.Импульс фотона. Для любой релятивиской частицы энергия ее Поскольку у фотона m0=0, то импульс фотона

(3)

т.е. длина волны обратно пропорциональна импульсу.

Дата добавления: 2013-12-13