George Arthur

promieniowanie
termiczne
0,48
6000 K
5000 K
4000 K
3000 K
0,58
0,72
0,97
0,5
1,0
1,5
2,0
λ
[µm]
katastrofa nadfioletu
T = 5000 K
prawo RayleighaJeansa
doświadczenie oraz
formula Placka
1000
2000
λ [nm]
formuła Plancka
2
2πc h
S ( λ)= 5
λ
Max Planck (1858-1947)
1918
1
e
hc
λ kT
−1
Planck: Ef = hν
idealnie “czarne” ciało – kosmos
promieniowanie
reliktowe
krzywa Plancka
John C. Mather
George F. Smoot
2006
kosmos jest prawie idealnym
ciałem doskonale czarnym
“Prawie robi ogromną
różnicę”
fotoemisja elektronów
światło (fala?)
elektrony
emisja elektronów z
metali pod wpływem
padającego światła
metal
zjawisko fotoelektryczne
światło
mA
Philippe Lenard:
• próżnia → przewodnictwo niejonowe
• ładunek ujemny (w polu magn.)
• pomiar e/m → elektrony
• częstotliwość progowa ν > 1015 Hz
U
1905
Philipp von Lenard (1862-1947)
prąd fotoelektryczny
I [µA]
Φ 2> Φ
Φ
I [µA]
1
1
ν2 > ν1
ν1
prąd nasycenia
U0
U [V]
napięcie hamujące
U02
prąd nasycenia
U01
napięcie hamujące
U0 zależy od częstotliwości a nie od natężenia
światła!
U [V]
równanie fotoelektryczne
Planck: Ef = hν
Einstein:
(h – stała Plancka)
hν = W + ½ mev2
energia padającego fotonu
1921
Albert Einstein (1879-1955)
energia kinetyczna
elektronu (maksymalna)
praca wyjścia elektronu z metalu
częstotliwość progowa: ν p = W / h
bilans energetyczny
E
hν
½mv2
W
metal
hν = W + ½ mev2
doświadczenie Millikana (1914)
eU0 [eV]
Ee = eU0 = hν - W
cez
9
wolfram
częstotliwość
progowa
platyna
6
3
α
1
2
-3
-6
praca wyjścia
3
ν [10-15 Hz]
pomiar stałej
Plancka:
h ~ tg α
wyznaczenie stałej h
h = 6,626 10–34 Js
1923
ħ = h/2π = 1,055 · 10–34 Js
energia fotonu:
hν = ħω
Robert Millikan (1868-1953)
fotony
światło (fala?)
elektrony
światło
(fotony!)
elektrony
metal
metal
wniosek: światło wykazuje nie tylko własności falowe
ale również korpuskularne...
promienie Röntgena
wysokie
napięcie
szybkie
elektrony
detektor
2ϑ
ϑ
kryształ
Röntgen - 1895
promieniowanie hamowania
szybki elektron
jądro
E1
foton rentgenowski
hν
hν = E1 – E2
E2
ν max [10-18 Hz]
względne natężenie
widmo
Kβ
Kα
30 kV
10
5
25 kV
20 kV
4
6
15 kV
8
10
λ [nm]
10
20
30
U [kV]
własności
1901
Wilhelm Röntgen (1845 – 1923)
efekt Comptona
λ0
linia Kα
molibdenu
Es = hc/λ s
ps = h/λ s
λS
y
ϑ = 45o
λS
Eo = hc/λ o
po = h/λ o
ϑ
ϕ
ϑ = 90o
długość fali λ
E = mc2
p = mv
x
pęd fotonu
h
( 1−cos ϑ )
me c
=λ c ( 1−cos ϑ )
Δλ=λ s −λ 0 =
λ c = h / mec = 2,426 · 10-12 m
1927
Arthur Compton (1892 – 1962)
(+ Charles Wilson)
komptonowska długość fali
foton ma niezerowy pęd: pf = hν / c !
dualizm korpuskularno falowy
Planck, Einstein:
Compton:
E = hν
p = hν / c = h / λ
de Broglie (1924):
p = mv = h / λ
λ = h / mv !
fala też ma cechy cząstki
a cząstka też ma cechy fali
1929
Louis duc de Broglie (1892 – 1987)
piłka tenisowa:
elektron:
λ = 10–34 m
λ = 10–5 m
(v = 40 m/s)
doświadczenie Davissona-Germera
detektor
elektrony
ϑ
kryształ Ni
d = 9,1 nm
działko elektronowe
1937
Clinton Davisson
i George Thomson
kreacja pary
pozyton
foton
elektron
hν min = 2mec2 = 1,02 MeV
anihilacja
foton γ
elektron
ϑ
pozyton
foton γ
• hamowanie
• pozytonium
• anihilacja
• 2 fotony Eγ = 0,5 MeV