Фотоны

1. Кванты света - фотоны

Кванты
света фотоны

2. Тепловое излучение

Тела излучают
электромагнитные волны не
только при высокой
температуре,
но и при
любой температуре, отличной
от абсолютного нуля.
Такое излучение
называют тепловым.

3. «Ультрафиолетовая катастрофа»

В конце XIX века считалось твердо установленным, что
нагретое твердое тело излучает непрерывные световые
волны.
Теоретические расчеты показывали: в этом случае
излучательная способность нагретого твердого тела в
ультрафиолетовой части его спектра должна была бы
беспредельно возрастать.
Это резко противоречило опыту.
Классическая физика не могла объяснить.
К концу прошлого века ученые зашли в тупик перед
явлениями, связанными с изучением нагретых твердых
тел.
Такое положение было названо
«ультрафиолетовой катастрофой».

4. Причина «ультрафиолетовой катастрофы»

Чтобы избежать «ультрафиолетовой катастрофы»,
необходимо допустить, что излучению, как и веществу,
свойственна дискретность, т.е. электромагнитное поле
поглощается и излучается веществом отдельными
порциями.
Это предположение выдвинул немецкий
физик Макс Планк.

5.

• МАКС ПЛАНК
(1858 – 1947)

6. Единицы измерения энергии

1. Энергия измеряется в
джоулях (Дж).
2. Энергия измеряется в
электрон-вольтах (эВ)
1 эВ = 1,6 × 10-19 Дж

7. ОСНОВОПОЛОЖНИКИ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ

8. ФОТОНЫ

В современной физике ФОТОН
рассматривается
как одна из элементарных частиц.
Таблица элементарных частиц уже многие десятки
лет начинается с фотона.
• Свойства света, обнаруживаемые при излучении и
поглощении, называют корпускулярными.
• Световая частица,
называется фотоном
квантом электромагнитного излучения.
или

9. Фотон

- порция света;
- квант света;
- материальная, электрически
нейтральная частица;
- квант электромагнитного излучения.

10. Свойства фотона

1.
2.
3.
4.
5.
Частица электромагнитного поля
Движется со скоростью света
Существует только в движении
Остановить фотон нельзя: он движется со
скоростью света или не существует. Масса
покоя = 0
Заряд =0

11. ХАРАКТЕРИСТИКИ

1. ЭНЕРГИЯ
E h
h
E
2
h
2
34
1, 05 10 Дж с
E=h·
т.к. = c/
E = h · c/
E=mc
2

12. ХАРАКТЕРИСТИКИ

ПОСТОЯННАЯ ПЛАНКА
– 34
h = 6,63 · 10 Дж·с
• Смысл постоянной Планка – элементарный
квант действия.

13. ХАРАКТЕРИСТИКИ

2. МАССА
E
m 2
c
h
m 2
c
h
m
c

14. ХАРАКТЕРИСТИКИ

3. ИМПУЛЬС
p c
• Чем больше частота, тем больше
энергия и импульс фотона и тем
отчетливее выражены
корпускулярные свойства света.
p mc
E
p
c
h
p
c
h
p

15. Фотон обладает

• квантовыми и волновыми свойствами,
• они не исключают, а дополняют друг
друга.
• В микромире исчезает ограничение
между корпускулярными и волновыми
свойствами объекта

16. Корпускулярно-волновой дуализм

1. При распространении света
проявляются его волновые
свойства.
2. При взаимодействии с веществом
(излучении и поглощении) –
корпускулярные.

17.

Корпускулярно – волновой
дуализм
свет - волна
•интерференция
•дифракция
•поляризация
свет – поток частиц
• фотоэффект (красная граница)
• коротковолновая граница
рентгеновских спектров
• эффект Комптона
Нильс Бор – принцип дополнительности: для описания того
или иного явления надо использовать или волновую или
корпускулярную теорию света, но не ту и другую
одновременно.

18. Формулы, объединяющие волновые и квантовые свойства света

19. Гипотеза де Бройля

Французский ученый Луи де Бройль в 1923 г.
высказал предположение:
• е и другие частицы обладают и
волновыми свойствами
- формула де Бройля

20. Принцип неопределенности Гейзенберга

Гейзенберг (немецкий ученый) задумался, что если рассмотреть классический
случай, то любая частица имеет определенную массу, координату, импульс. Но
если частица имеет определенный импульс, то она описывается в виде волны, а
волна не имеет локализации. И возникает вопрос: какие законы применять в
данном случае?
С точки зрения квантовой механики не понятно, что такое траектория движения.
• В 1925 году Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности ,
согласно которого чем точнее мы будем измерять скорость, тем менее
точно мы определим положение частицы, и наоборот.

21. Принцип неопределенности Гейзенберга

Гейзенберг доказал, что неопределенность координаты, умноженная на
неопределенность проекции импульса по соответствующей координате,
не может быть меньше квантовой постоянной Планка. Такое же
соотношение неопределенности справедливо и для неопределенности
энергии и неопределенности времени.
• Принцип неопределенности Гейзенберга –
это основное уравнение квантовой механики.