Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ

КВАНТОВА ФІЗИКА. ЕЛЕМЕНТИ ТЕОРІЇ ВІДНОСНОСТІ

2. СВІТЛОВІ КВАНТИ

♦ Гіпотеза Планка: світло випромінюється атомами й молекулами речовини не безперервно, а дискретно, окремими порціями енергії (квантами), енергія квантів прямо пропорційна частоті v випромінювання:

E = hv,

де h = 6,626 ∙ 10^-34 Дж ∙ с —стала Планка.

♦ Висновок Ейнштейна: будь-яке електромагнітне випромінювання складається з окремих частинок — квантів; світло випромінюється, поглинається й поширюється окремими частинками — фотонами; чим більше частинок за одиницю часу падає на дану поверхню, тим більша інтенсивність світла.

2.1. ФОТОНИ

Фотон — це частинка світла, квант електромагнітного випромінювання.

♦ Фотони випромінюються: під час переходу атомів зі збудженого стану в стан з меншою енергією; під час прискореного руху заряджених частинок; під час розпаду деяких ядер; під час анігіляції — реакції перетворення частинки й античастинки в інші частинки, наприклад, фотони.

♦ Під час поглинання світла речовиною фотон цілком передає всю енергію частинкам речовини.

Властивості фотонів

1. Фотон є електрично нейтральною частинкою:

q = 0.

2. Швидкість руху фотона не залежить від вибору системи відліку й завжди дорівнює швидкості поширення світла у вакуумі:

v = с.

3. Маса фотона дорівнює нулю:

m = 0.

4. Імпульс фотона р дорівнює відношенню його енергії до швидкості й обернено пропорційний довжині хвилі :

p = = = .

5. Енергія фотона пропорційна частоті електромагнітного випромінювання, квантом якого він с:

E = hv.

♦ Якщо джерело випромінює N фотонів, то їх загальна енергія становить W = NE = Nhv , а потужність випромінювання

дорівнює Р = .

♦ Фотони — це особливі частинки, енергія та імпульс яких, на відміну від звичайних тіл, визначається не через масу і швидкість руху, а через хвильові характеристики — частоту та довжину хвилі: E = hv = , p = = .