Корпускулярно-волновой дуализм.

Краткая выдержка из текста работы (Аннотация)

Введение.

Долгое время в физике главенствовала волновая теория света, а микроскопическим частицам вещества, атомам например, приписывали исключительно корпускулярные свойства. Но с этих позиций не удалось создать стройную и непротиворечивую теорию строения атома. Опыты Резерфорда показали «ажурное» строение атома, где основная масса содержится в ядре диаметром порядка , а электроны заполняют весь остальной объем. Но было доказано, что такая система не может быть устойчивой без движения электронов. Этот факт и многие другие привели к разумению того, что к микроскопическим частицам нельзя подходить с уравнениями классической механики.

Открытие явления фотоэффекта также не вписывалось в рамки классической физики. Это привело к созданию квантовой механики, в которой микрочастицам приписывают особые свойства невозможные с точки зрения классической физики.

Целью данной работы будет рассмотреть понятие корпускулярно волнового дуализма для микрочастиц и излучения, рассмотреть основные формулы и законы, что описывают эти явления и проанализировать как дуализм свойств микрочастиц и излучения применяется в науке, технике, насколько широко распространились приборы и устройства применяющие эти свойства вещества.

1. Фотоэлектрический эффект и дискретная природа света.

Сущность фотоэффекта состоит в испускании веществом быстрых электронов под воздействием достаточно коротковолнового излучения, падающего на это вещество. При этом оказы¬вается, и это очень существенно, что энергия испускаемых электронов совершенно не зависит от интенсивности погло¬щаемого излучения, а определяется только его частотой и свойствами самого вещества. От интенсивности излуче¬ния зависит только число испускаемых электронов.

Этим простым эмпирическим законам оказалось очень трудно дать удовлетворительное теоретическое объясне¬ние, о частности, большие трудности встретили на своем пути попытки объяснить элементарный механизм высво¬бождения фотоэлектрического электрона, или, как сейчас принято говорить, фотоэлектрона.

Действительно, волновая теория света, которая к 1900 г. казалась совершенно безупречной и неоспоримой, приво¬дила к представлению о равномерном распределении энер¬гии излучения в световой волне. Падая на электрон, свето¬вая волна непрерывно передает ему энергию, причем коли¬чество энергии, полученной электроном в единицу времени, например в секунду, согласно волновой теории должно быть пропорционально интенсивности падающей на него волны. Поэтому объяснить законы фотоэффекта казалось очень трудно.

В 1905 г. Эйнштейн высказал мысль о том, что фотоэлектрический эффект указывает на ди¬скретное строение света, связанное с существованием кван¬тов. Первоначально гипотеза Планка в ее наиболее смелой форме состояла в предположении, что вещество может , поглощать энергию излучения только конечными порция¬ми, пропорциональными частоте. Успех планковой теории черного излучения подтвердил справедливость этой гипо¬тезы. Но если эта гипотеза верна, то представляется впол¬не вероятным, что дискретная природа света, проявляющаяся в моменты поглощения и испускания, должна со¬храняться также и в остальные промежуточные моменты времени, т. е. тогда, когда излучение свободно распростра¬няется в пространстве. Эйнштейн допустил, что любое монохроматическое из¬лучение состоит из совокупности квантов, причем энергия каждого кванта пропорциональна частоте, а коэффициент пропорциональности равен, разумеется, постоянной Планка. Это позволило легко объяснить законы фото¬эффекта. В самом деле, электрон, находящийся внутри вещества, поглощая квант света, либо покинет вещество, либо останется внутри него. Все зависит от того, пре¬вышает ли энергия светового кванта работу, которую на¬до совершить электрону, чтобы покинуть вещество, т. е., как говорят, работу выхода. Следовательно, кинетическая энергия выбитого электрона будет равна энергии погло¬щенного светового кванта минус работа выхода.

Альберт Эйнштейн в 1905 году также предложил формулу которая сейчас носит название закона фотоэффекта:

(1.1).

Поскольку кинетическая энергия частицы равна: , то формулу (1) можно переписать в виде:

(1.2) где: А работа выхода электрона с поверхности металла,

m масса фотоэлектрона, она равна ,

V скорость фотоэлектрона,

h постоянная Планка, .

Таким образом, кинетическая энергия испускаемых электронов должна быть линейной функцией частоты па¬дающего излучения, а коэффициент пропорциональности численно должен быть равен постоянной Планка. Все эти выводы оказались в прекрасном соответствии с опытом. Исследования зависимости фотоэффекта от частоты пада¬ющего света показывают, что фотоэлектроны возникают лишь тогда, когда частота начинает превышать некоторое значение: порог фотоэффекта, этот порог получил название красной границы фотоэффекта:

(1.3)

(1.4)

В области частот, превышающих пороговое значение, кинетическая энергия электронов с большой точностью оказывается линейной функцией частоты падающего све¬та. Измерения тангенса угла наклона кривой, представля¬ющей зависимость энергии фотоэлектронов от частоты, показали, что он численно равен постоянной Планка. Этот метод используется для нахождения значения постоянной Планка. С точки зрения выдвинутой Эйнштейном гипотезы интенсив¬ность падающего света определяется, естественно, числом световых квантов, падающих в секунду на один квадрат¬ный сантиметр освещаемой поверхности. Следовательно, число фотоэлектронов, испускаемых единицей поверхности в единицу времени, должно быть пропорционально интен¬сивности освещения.

Таково было объяснение законов фотоэффекта, предло¬женне Эйнштейном в 1905 г. Эту теорию он назвал кван¬товой теорией света. В настоящее время кванты света на¬зываются фотонами и поэтому теория Эйнштейна полу¬чила название фотонной теории. В течение последующих тридцати лет существование фотонов было неоднократно подтверждено многими опытами. Опыты по фотоэффекту, проводившиеся со все возрастающей точностью, не только со светом, но также с рентгеновскими лучами и γ-лучами, подтвердили справедливость положений, выдвинутых Эйн¬штейном, и развитой им фотонной теории. Поскольку ча¬стоты, соответствующие рентгеновским и γ-лучам, сильно превышают частоту видимого света, то и энергия соот¬ветствующих квантов много больше энергии фотонов. Таким образом, эти лучи оказываются способными вырывать не только слабо связанные электроны, находя¬щиеся в поверхностном слое вещества, но также и внут¬ренние электроны, прочно связанные с ядрами атомов. Поскольку изучение спектров рентгеновских лучей позволяет очень точно определить работу, необходимую для вырывания какого-либо внутреннего электрона данного атома, то измерения с рентгеновскими лучами позволяют найти работу выхода с относительной точностью, гораздо большей, чем в случае опытов со светом.

Содержание работы

Введение. 2

1. Фотоэлектрический эффект и дискретная природа света. 3

2. Дифракция электронов. 11

3. Применение явления корпускулярно волнового дуализма. 14

Выводы. 17

Список использованной литературы. 18

Использованная литература

1. Список использованной литературы.
2. Дущенко В. П., Кучерук И. М. Общая физика. К.: Высшая школа, 1995. 430 с.
3. Зисман Г. А., Тодес О. М. Курс общей физики. В 3 т. М.: Наука, 1995. 343 с.
4. Кухлинг Х. Справочник по физике: Пер. с нем. М.: Мир, 1983. 520 с.
5. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. М.: Наука, 1982. 846 с.
6. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3 Т., Электричество и магнетизм. М.: Наука, 2003. - Т.3. 387 с.
7. Л. Де Бройль Революция в физике. Пер. с фр. М.: Атомиздат, 1965. 230 с.

Другие похожие работы

• Контрольная - вопросы по естествознанию
• Реферат - Наука в Древнем Китае
• Реферат - Эволюция представлений о пространстве и времени
• Реферат - Планеты земной группы
• Реферат - Квантовомеханическая картина микромира
• Учебник - КСЕ - лекции
• Реферат - Материальный носитель разума человека
• Реферат - Генетика и значение ее развития
• Контрольная - Электродинамическая картина мира
• Реферат - Что такое время? Концепции современного естествознания