Эффект Комптона

1.2 Эффект Комптона

Эффектом Комптона называется изменение частоты или длинны волны фотонов при их рассеянии электронами и нуклонами. Этот эффект не укладывается в рамки волновой теории, согласно которой длина волны при рассеянии изменяться не должна: под действием периодического поля световой волны электрон колеблется с частотой поля и поэтому излучает рассеянные волны той же частоты.

Эффект Комптона отличается от фотоэффекта тем, что фотон передает частицам вещества свою энергию не полностью. Частным случаем эффекта Комптона являются рассеяние рентгеновских лучей на электронных оболочках атомов и рассеяние гамма-лучей на атомных ядрах. В простейшем случае эффект Комптона представляет собой рассеяние монохроматических рентгеновских лучей легкими веществами (графит, парафин и др.) и при теоретическом рассмотрении этого эффекта в этом случае электрон считается свободным.

Объяснение эффекта Комптона дано на основе квантовых представлений о природе света. Если считать, как это делает квантовая теория, что излучение имеет корпускулярную природу.

Эффект Комптона наблюдается не только на электронах, но и на других заряженных частицах, например протонах, однако из-за большой массы протона его отдача «просматривается» лишь при рассеянии фотонов очень высоких энергий.

Как эффект Комптона, так и фотоэффект на основе квантовых представлений обусловлены взаимодействием фотонов с электронами. В первом случае фотон рассеивается, во втором – поглощается. Рассеяние происходит при взаимодействии фотона со свободными электронами, а фотоэффект – со связанными электронами. Можно показать, что при столкновении фотона со свободными электронами не может произойти поглощения фотона, так как это находится в противоречии с законами сохранения импульса и энергии. Поэтому при взаимодействии фотонов со свободными электронами может наблюдаться только их рассеяние, т.е. эффект Комптона.

Заключение

Явления интерференции, дифракции, поляризации света от обычных источников света неопровержимо свидетельствует о волновых свойствах света. Однако и в этих явлениях при соответствующих условиях свет проявляет корпускулярные свойства. В свою очередь, закономерности теплового излучения тел, фотоэлектрического эффекта и других неоспоримо свидетельствуют, что свет ведет себя не как непрерывная, протяженная волна, а как поток «сгустков» (порций, квантов) энергии, т.е. как поток частиц – фотонов.

Таким образом, свет сочетает в себе непрерывность волн и дискретность частиц. Если учтем, что фотоны существуют только при движении (со скоростью с), то приходим к выводу, что свету одновременно присущи как волновые, так и корпускулярные свойства. Но в некоторых явлениях при определенных условиях основную роль играют или волновые, или корпускулярные свойства и свет можно рассматривать или как волну, или как частицы (корпускулы).

2. Физика атома

Ключевые слова конспекта «Атомная физика (физика атома)»: планетарная модель атома Резерфорда, постулаты Бора, постоянная Планка, формула Бальмера, серия Бальмера, Лаймана, Пашена.

Раздел ЕГЭ по физике: 5.2. Физика атома.

2.1. Планетарная модель атома Резерфорда

Резерфорд, изучая рассеяние быстрых альфа-частиц при прохождении их через тонкую золотую фольгу, обнаружил, что все альфа-частицы рассеиваются на всевозможные углы, вплоть до углов, близких к 180°.

2.2. Ядерная модель атома (по Резерфорду): тяжелое положительное ядро, содержащее почти всю массу атома и заряд Z•e, е — заряд электрона, имеет радиус порядка 10^–15 м. Вокруг него движутся электроны в пределах объема радиусом 10^–10 м. Заряд ядра равен суммарному заряду электронов в электронной оболочке атома, следовательно, атом электрически нейтрален.

Противоречия модели атома (по Резерфорду)

1. Обращающиеся вокруг ядра электроны обладают центростремительным ускорением, а значит, должны излучать. За счет кулоновских сил расстояние между электроном и ядром непрерывно уменьшается, а частота непрерывно растет и в рамках классической физики спектр излучения атома — непрерывный, что противоречит эксперименту.

2. Атом с изменяющимися параметрами — неустойчив (электрон должен «упасть» на ядро), в действительности атомы устойчивы и в состоянии с минимальной энергией могут существовать неограниченно долго.

Оставаясь в рамках классической механики, Резерфорд не смог разрешить данные противоречия.

2.3. Постулаты Бора

1. В атоме существуют устойчивые (стационарные) орбиты, движение электрона по которым не сопровождается излучением или поглощением энергии.

2. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое происходит излучение или поглощение кванта энергии:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒