Давление света. Фотоны

Согласно идеям квантовой физики свет испускается, распространяется и поглощается дискретными порциями (квантами). Эти порции электромагнитного излучения называются фотонами. Фотон представляет собой элементарную частицу, которая в любой системе отсчета движется со скоростью света и имеет массу покоя, равную нулю.

Энергия ε, масса m и импульс p фотона зависят от его частоты и выражаются следующими соотношениями

ε = hn, m = hn /c, p = hn /c. (2.7.13)

Поскольку фотоны обладают импульсом, свет, падая на любую поверхность, оказывает на него давление. Давление света Р, производимое светом при нормальном падении на поверхность с коэффициентом отражения r, определяется формулой:

P = N hn (1 + ρ)/c. (2.7.14)

Здесь N – число фотонов, падающих на единицу поверхности за одну секунду, ρ – коэффициентотражения поверхности, E – ее энергетическая освещенность (мощность излучения, падающего на единицу поверхности). Давление света было экспериментально определено в опытах П.Н. Лебедева.

Эффект Комптона

Эффектом Комптона называется явление упругого рассеяния фотонов рентгеновского излучения на свободных и слабо связанных электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны излучения Dl:

Dl = 2l_c sin²a/2. (2.7.15)

Здесь a – угол рассеяния, l_c= h/mc = 0,243 нм – комптоновская длина волны электрона. Увеличение длины волны излучения объясняется тем, что фотон при рассеянии передает электрону часть своей энергии и импульса.

Эффект Комптона объясняется только квантовыми свойствами электромагнитного излучения.

Контрольные вопросы

1 Какое колебание называется гармоническим? Запишите уравнение гармонического колебания и дайте определения параметров колебаний

2 Что такое волны? Запишите уравнение волны и поясните смысл входящих в уравнение физических величин.

3 Какие типы волны Вы знаете?

4 Что такое электромагнитные волны? Опишите шкалу электромагнитных волн.

5 Какие явления подтверждают волновую природу света? Кратко опишите эти явления.

6 Где применяется явления интерференции и дифракции?

7 Почему все источники излучения (кроме лазеров) излучают естественный, а не поляризованный свет? Почему излучение всех источников (кроме лазеров) оказывается некогерентным?

8 Какие явления подтверждают корпускулярную природу света?

9 Какое излучение называется тепловым? Сформулируйте законы теплового излучения.

10 В чем заключается гипотеза М. Планка?

11 Что такое фотоэффект? Запишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Чем объясняется существование красной границы фотоэффекта?

12 Какими свойствами обладают фотоны?

13 Запишите закон сохранения энергии для эффекта Комптона. Объясните факт увеличения длины волны рассеянного фотона.