Тормозное рентгеновское излучение
В рентгеновской трубке электроны, вылетевшие из катода в результате термоэлектронной эмиссии, ускоряются анодным напряжением и попадают в твердый тугоплавкий анод. Быстрое торможение электронов в аноде означает движение с большим ускорением, которое сопровождается излучением электромагнитных волн в широком диапазоне частот. По представлениям классической электродинамики должны излучаться все длины волн. С квантовой точки зрения это легко объясняется. Величина энергии кванта электромагнитного излучения не может превысить энергию электрона, полученную им при движении в электрическом поле между анодом и катодом Следовательно,
Найденное из (31.41) значение Фотоэффект. В 1887 г. Г. Герц заметил, что проскакивание искры между электродами значительно облегчается, если один из шариков осветить ультрафиолетовыми лучами. Так был открыт фотоэффект.
В 1888 г. – 1889 г. фотоэффект тщательно изучался Столетовым на приборе, показанном схематически на рисунке 31.10.
Конденсатор, образованный проволочной сеткой и сплошной пластиной включался последовательно с гальванометром и источником тока. Сплошная пластина освещается через сетку светом, а в цепи регистрируется фототок. Столетов установил, что: 1. Наибольшее действие указывают ультрафиолетовые лучи. 2. Сила тока возрастает с увеличением освещённости. 3. Испускаемые катодом частицы имеют отрицательный заряд. Впоследствии было установлено, что испускаемые частицы являются электронами.
Основными особенностями этой кривой, снимаемой при постоянном световом потоке, является наличие тока насыщения и ненулевой ток при нулевом анодном напряжении
Основные экспериментальные факты, полученные при изучении фотоэффекта, сводятся к следующему: 1 При постоянном спектральном составе излучения, фототок насыщения пропорционален световому потоку, что называют законом Столетова. 2 Максимальная скоростьфотоэлектронов 3 Для каждого вещества существует такая длина волны Иногда можно слышать утверждение о том, что «фотоэффект не объясняется классической волновой теорией световых явлений». В действительности ситуация состоит в том, что существование фотоэффекта вполне соответствует волновым представлениям – при большой амплитуде вынужденных колебаний электронов они могут вылетать с поверхности металла и создавать фототок. Закон Столетова (пропорциональность фототока насыщения световому потоку) также не противоречит волновым представлениям – с ростом интенсивности света увеличивается доля электронов, способных вылететь за пределы металла.
Однако в рамках волновой теории непонятна независимость В 1905г. Эйнштейн показал, что все закономерности фотоэффекта легко объясняются, если предположить, что свет не только испускается квантами Исходя из этих предположений, Эйнштейн написал уравнение
которое называют уравнением Эйнштейна для фотоэффекта. Из (31.43) вытекает, что если В соответствии с (31.43)
И это объясняет зависимость Если Число фотоэлектронов пропорционально числу падающих на катод квантов, которое в свою очередь пропорционально световому потоку. При протекании тока насыщения все вырванные электроны участвуют в создании тока. Соответственно ток насыщения должен быть пропорционален световому потоку, чем объясняется закон Столетова.
Опыт Боте. Фотоны Итак, чтобы объяснить распределение энергии в спектре равновесного теплового излучения пришлось предположить, что свет испускается квантами
Металлическая фольга освещалась через диафрагму слабым пучком рентгеновских лучей. При этом она сама становилась источником рентгеновского излучения очень низкой интенсивности, так что можно было считать, что от фольги распространяются отдельные фотоны. С обеих сторон от фольги помещались газоразрядные счетчики. Счетчики были соединены с механизмами, так что при срабатывании счетчика на движущейся между счетчиками ленте ставилась метка. Если энергия, излучаемая фольгой в виде рентгеновских лучей, распространяется во все стороны равномерно, в соответствии с волновыми представлениями, то следовало ожидать одновременного срабатывание счетчиков. Если же от фольги летят отдельные фотоны, каждый в своем направлении, то счетчики должны срабатывать беспорядочно. В первом случае метки на ленте должны располагаться попарно, во втором беспорядочно. В эксперименте счетчики срабатывали совершенно беспорядочно, что экспериментально доказало испускание света отдельными фотонами. Фотон характеризуется его энергией, которая имеет значение:
Согласно теории относительности, частица с энергией
Фотон движется со скоростью света в вакууме с. Поскольку
Следовательно, фотон особая частица, отличающаяся от других, отсутствием массы покоя. Согласно теории относительности, энергия частицы может быть представлена в виде
где p – импульс частицы. Соответственно импульс фотона (
Учитывая, что
Итак, существует ряд явлений, которые могут быть объяснены только исходя из представлений о свете как о потоке фотонов. В то же время интерференция, дифракция могут быть объяснены только на основе волновых представлений. Следовательно, для света характерен корпускулярно-волновой дуализм, когда в одних явлениях свет ведет себя как поток частиц, а в других – как волна. (Отметим, что такой дуализм присущ и частицам вещества – электронам, протоном, атомам, молекулам.) Согласно волновым представлениям освещенность поверхности пропорциональна квадрату амплитуды световой волны
Таким образом, освещенность носит статический характер, равномерность освещенности определяется тем, что при нормальной освещенности на 1
ЭФФЕКТ КОМПТОНА.
Схема эксперимента Комптона показана на рисунке. Использовалось монохроматическое рентгеновское излучение из которого диафрагмами выделялся узконаправленный пучок и направлялся на рассеивающее вещество. Регистрирующее устройство (рентгеновский спектрометр) выделяет из рассеянного излучения лучи, идущие под углом
В результате исследований Комптона были выделены две характерные особенности рассеянного излучения: 1. изменение длины
где Примерный вид графиков зависимости интенсивности рассеянного излучения от длины волны показан на рисунке 31.15. 2. Рассеяние электромагнитных волн по классическим волновым представлениям является результатом дифракции на мелких неоднородностях. Появление в рассеянном излучении волн с большей длиной волны (как и с меньшей) представляется невозможным. (Появление в спектре дифракционной решетки волн с различной длиной является следствием использования белого света, который разлагается решеткой в спектр.) Поэтому объяснить эффект Комптона на основе волновых представлений не удалось. Рассматривая рентгеновское излучение как поток фотонов можно предположить, что при столкновении фотонов с частицами в составе молекул вещества они могут передавать им часть своей энергии, что означает уменьшение частоты фотонов, а с точки зрения волновых представлений – соответствующее увеличение длины волны излучения. Независимость Приняв это предположение, можем достаточно просто объяснить изменение интенсивности рассеянного излучения с длиной волны
Допустим, что на первоначально покоящийся свободный электрон падает фотон с энергией После столкновения электрон будет обладать энергией
Из закона сохранения импульса:
Разделим (8) на скорость света в вакууме с и учтём, что
Выразим
и возведем полученное соотношение в квадрат:
По теореме косинусов из рисунка найдём:
Вычитая (31.56) и (31.56), находим:
Из определения релятивистской массы следует:
Учитывая (31.59), из (31.58) получаем:
или
Умножим (31.61) на дробь
Учитывая, что
Это выражение совпадает с (31.51), если положить
Таким образом, на основе корпускулярных, квантовых представлений объясняются все особенности рассеяния рентгеновского излучения в веществе.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|