Квантова фізика. Фотони

Абсолютно чорне тіло – це фізична модель тіла, яке повністю поглинає будь-яке випромінювання, що падає на нього (абсолютно чорне тіло може випромінювати світло).

Гіпотеза Планка:

Випромінювання електромагнітних хвиль атомами і молекулами речовини відбувається не безперервно, а дискретно, тобто окремими порціями, енергія кожної з яких прямо пропорційна частоті випромінювання.

$\char"0190 =h\nu$, де

$\left\lbrack\char"0190 \right\rbrack=Дж$ енергія порції світла (фотона, кванта)

$h=6,63\cdot10^{-34}Дж\cdotс$ стала Планка

$\left\lbrack\lambda\right\rbrack=м$ довжина випромінювання

Альберт Ейнштейн (1879-1955) дійшов висновку, що монохроматичне випромінювання поводиться так, начебто складається з незалежних один від одного квантів енергії величиною кожний. Енергія світла $\char"0190 =mс^2$Ейнштейн припустив, що річ не просто у квантах енергії, а в реальних частинках, з яких складається будь-яке електромагнітне випромінювання. Згодом частинки світла (кванти світла) стали називати фотонами.

1. $q_{фотона}=0$Заряд фотона дорівнює нулю: – фотон є електрично нейтральною частинкою.

2. $m_{фотона}=0$Маса фотона в спокою дорівнює нулю: – фотон є частинкою, що знаходиться постійно у русі. Ця властивість стосується тільки окремого фотона, а світло в цілому (як потік фотонів) має масу.$m=\frac{\char"0190 }{c^2}$

3. Швидкість руху фотона не залежить від вибору системи відліку, завжди дорівнює швидкості поширення світла у вакуумі $v_{фотона}=c\thickapprox3\cdot10^8\frac{м}{с}$і пов’язана з частотою і довжиною відповідної світлової хвилі формулою хвилі:

$c=λν$

$c=\frac{\lambda}{T}$

Зверніть увагу! Не слід плутати швидкість поширення світлової хвилі в речовині зі швидкістю руху фотона. Фотони в речовині рухаються від атома до атома, поглинаються ними і знову випромінюються.

4. Енергія фотона прямо пропорційна частоті електромагнітного випромінювання, квантом якого і є цей фотон: . У разі поглинання світла речовиною фотон передає всю енергію частинкам речовини.

$\char"0190 =h\nu$

$\char"0190 =\frac{hс}{\lambda}$

вимірюється $\left\lbrack\char"0190 \right\rbrack=Дж=Н\cdotм=В\cdotА\cdotс$ або $\left\lbrack\char"0190 \right\rbrack=еВ$$1еВ=1,6\cdot10^{-19}Дж$

5. Імпульс фотона дорівнює відношенню його енергії до швидкості руху та обернено пропорційний довжині хвилі фотона:

$p=\frac{\char"0190 }{с}=\frac{h\nu}{с}=\frac{h}{\lambda}$

вимірюється $\left\lbrack p\right\rbrack=кг\cdot\frac{м}{с}$

6. Фотони випромінюються під час: переходів частинок речовини зі збудженого стану в стан з меншою енергією; прискорення заряджених частинок; розпаду деяких частинок; анігіляції. Під час поглинання світла речовиною фотон цілком передає всю енергію частинкам речовини.