71 Опыт Боте. Фотоны.

Эйнштейн выдвинул гипотезу, что свет распространяется в виде дискретных частиц, названных первоначально световыми квантами. Впоследствии эти частицы получили название фотоны. Таким образом, фотоны - световые кванты.

Наиболее непосредственное подтверждение гипотезы Эйнштейна дал опыт Боте. Тонкая металлическая фольга помещалась между двумя газозярядными счетчиками. Фольга освещалась слабым пучком рентгеновских лучей, под действием которых она сама начинала испускать рентгеновские кванты, которые фиксировались счетчиками. При попадании в него рентгеновских лучей счетчик срабатывал и приводил в действие особый механизм М, делавший отметку на движущейся ленте Л. Если бы излучаемая энергия распространялась равномерно во все стороны, оба счетчика должны были срабатывать одновременно и отметке на ленте приходились бы одна против другой. В действительности же наблюдалось совершенно беспорядочное расположение отметок. Это можно объяснить лишь тем, что в отдельных актах излучения возникают световые частицы - фотоны, летящие то в одном, то в другом направлении.

Это и доказывает существование особых световых частиц – фотонов. Фотон, подобно всем частицам обладает определенной порцией энергии E=h. Энергию фотона часто выражают не через частоту , а через циклическую частоту =2, при этом в качестве коэффициент пропорциональности вместо величины h используют величину (аш с чертой), равную: .Тогда энергия фотона записывается так: E=h= . Согласно теории относительности энергия связана с массой соотношением E=mc². Так как энергия фотона равна h, то его масса определяется по формуле: .

Найдем импульс фотона: . Импульс фотона направлен по световому лучу.

Из квантового соотношения E= . И общих принципов теории относительности вытекает, что

масса фотона равна нулю,

фотон всегда движется со скоростью света с

Это означает, что фотон представляет собой частицу особого рода, отличную от таких частиц, как электрон, протон и т.п., которые могут существовать, двигаясь со скоростями,, меньшими с, и даже покоясь.

75. Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца.

1913г – датский физик Нильс Бор. Два постулата: 1. Постулат стационарных состояний – в атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состоянием атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн. В стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите, должен иметь дискретные квантованные значения момента импульса, удовлетворяющие условию: m_evr_n=nh, где m_e – масса электрона, v – его скорость по n-ой орбите радиуса r_n. n=h/2π. 2. Правило частот – при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается(поглощается) один фотон с энергией: hv=E_n-E_m, равной разности энергий соответствующих стационарных состояний.– энергии до и после излучения(поглощения). При E_m<E_n происходит излучение фотона (переход атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, т.е. переход электрона с более удаленной от ядра орбиты на более ближайшую), при E_m>E_n – его поглощение (переход атома в состояние с большей энергией, т.е. переход электрона на более удаленную от ядра орбиту). Набор возможных дискретных частот v=( E_n-E_m)/h квантовых переходов и определяет линейчатый спектр атома.

Д.Франк и Г.Герц доказали дискретность значений энергии атомов. Вакуумная трубка, заполненная парами ртути (давление приблизительно равно 13 Па), содержала катод (К), две сетки (C₁ и С₂) и анод (А). Электроны, эмиттируемые катодом, ускорялись разностью потенциалов, приложенной между катодом и сеткой С₁. Между сеткой С₂ и анодом приложен небольшой (примерно 0,5 В) задерживающий потенциал. Электроны, ускоренные в области 1, попадают в область 2 между сетками, где испытывают соударения с атомами паров ртути. Электроны, которые после соударений имеют достаточную энергию для преодоления задерживающего потенциала в области 3, достигают анода. При неупругих соударениях электронов с атомами ртути последние могут возбуждаться. Согласно воровской теории, каждый из атомов ртути может получить лишь вполне определенную энергию, переходя при этом в одно из возбужденных состояний. Поэтому если в атомах действительно существуют стационарные состояния, то электроны, сталкиваясь с атомами ртути, должны терять энергию дискретно, определенными порциями, равными разности энергий соответствующих стационарных состояний атома. Из опыта следует, что при увеличении ускоряющего потенциала вплоть до 4,86 В анодный ток возрастает монотонно, его значение проходит через максимум (4,86 В), затем резко уменьшается и возрастает вновь. Дальнейшие максимумы наблюдаются при 2×4,86 и 3×4,86 В. Пока разность потенциалов между катодом и сеткой меньше 4,86 В, электроны, встречая на своем пути атомы ртути, испытывают с ними только упругие соударения. Таким образом, опыты Франка и Герца показали, что электроны при столкновении с атомами ртути передают атомам только определенные порции энергии, причем 4,86 эВ - наименьшая возможная порция энергии (наименьший квант энергии), которая может быть поглощена атомом ртути в основном энергетическом состоянии. Таким образом, опыты Франка и Герца экспериментально подтвердили не только первый, но и второй постулат Бора. Эти опыты сыграли огромное значение в развитии атомной физики.