Квантова оптика. Фотоефект. Фототон

Підготував. Студент І курсу. Ковальчук Арсен. Квантова оптика

+Витоки квантової теорії I. Випромінювання абсолютно чорного тіла-ультрафіолетової катастрофи 1900. Планка-випромінювання квантами! II. Фотоефект-протиставлення класичної теорії світла 1905 Ейнштейн- квантове поглинання  фотон. III.e. Нестабільний атома Резерфорда 1913. на стаціонарній орбіті атома, ел-н не виділяє

Теплове випромінювання -випромінювання електромагнітнітних хвилі за рахунок внутрішньої енергії тіл. Порожнина з досконало-відбиваючою поверхнею Вакумні Тіла Нагріті тіла -теплове випромінювання Люмінесценції у всіх його проявах: екрани дисплея, світлодіоди, лазери і т. д. Нетеплове випромінювання- зовнішнє джерело енергії Теплове випромінювання може бути в рівновазі навколишніх тіл. Температура тіла змінюється до тих пір, поки кількість енергії, що випромінюється тілом, дорівнює кількості поглиненої енергії. Т.е. Порожнина буде заповнена електромагнітним полем у вигляді електромагнітних хвиль («випромінюванням"). Поглинання цих ЕМХ тілом на балансі компенсує енергію, що випромінюється організмом. За досвідом і сприйняттям термодинаміки: Баланс детальний: Енергія, що випромінюється і поглинена, дорівнює кожній частоті ω (довжинах хвиль λ).

Характеристика теплового випромінювання. Енергетична світність Потік енергії, що випромінюється ед. поверхнею випромінюючого тіла в ед. час у всіх напрямках в інтервалі частот від 0 до нескінченності. Потік енергії, що випромінюється од. випромінює тіло в одиницю. час через дошку в інтервалі частот. Випромінювана здатність тіла (Спектральна щільність потоку випромінювальної енергії) являє собою кількість енергії, що випромінюється в одиницю часу за одиницю поверхні тіла в один інтервал частот у всіх напрямках. Випромінювальна здатність Поглинальна здатність Частка енергії, поглиненої тілом, знаходиться на частоті ω при T Частина цього потоку поглинається тілом ЕМХ енергії потік падає на тіло з інтервалом. Абсолютно чорне тіло (AЧT)

Закони випромінювання абсолютно чорного тіла. Формула Планка.

Закономерности излучения абсолютно черного тела. Модель АЧТ – порожнина, що містить ЕМХ в умовах теплової рівноваги. Схема визначення ЭКСПЕРИМЕНТ

Закономірності опромінення абсолютно чорного тіла Закон Стефан-Больцмана. Енергетична світність АЧТ Постійна Стефана- Больцмана 550 о. С=823о. К

012312342000 К1790 К1600 КЗакон зміщення Вина Закон зміщення Вина Інфрачервона область Видима області

"Ультрафіолетова катастрофа" Теория Релея – Джинса; сувора в класичній теорії фізики, що випливають з хвилі природи світла. Формула Релея - Джинса

Гіпотеза і формула Планка (1900). Електромагнітне випромінювання випромінюється у вигляді окремих частин енергії (квантів), величина якого пропорційна частоті випромінювання: Формула Планка. Енергія електромагнітного випромінювання (в тому числі і наповнення нагрітої порожнини) може змінюватися не безперервно, але дискретно, а саме за кількістю кратних.

Дія кванта. Макса Планка (1900 р.)Макс Планка. Планка Maксим (1858-1947) — німецький фізик-теоретик, засновник квантової теорії. "... він переконливо показав, що на додаток до атомністичної структури матерії, існує якась атомно-енергетична структура, що регулюється універсальною константою, введеною Планка. Це відкриття стало основою для всіх досліджень у фізиці ХХ століття, і відтоді майже повністю викликала його розвиток». /A. Енштейн/ Нобелівська премія (1918) за відкриття дії Кванта

Фотоефект. Формула Ейнштейна.

Фотоефект Насиченість фотоорендної плати є пропорційною до світлового потоку (Столметов) Існує так звана червона межа: Якщо довжина хвилі падіння світла більше, ніж певна величина, Фотоефект не спостерігається. Для кожного металу червона межа є своя. Кінетична енергія електрона (затримка потенціалів) залежить від частоти (зростає зі збільшенням частоти) і не залежить від інтенсивності . Вольт-амперна характеристика фотоефекта

Пояснення Енштейна Свет. Свет. Задерж. поле. Рівняння Енштейна Електрони поглинають світло з квантонами hν (введений Планка). Енергія Квант повністю поглинається електроном. Частина енергії кванта використовується для роботи електронного виходу з металу, решта-перетворюється в кінет.енергію електрону.

Пояснення Енштейна Рівняння Енштейна Частина енергії кванта використовується для роботи електронного виходу з металу, решта-перетворюється в кінет.енергію електрону. hν < A – фототок =0 hν = A/ h - ефект "червона межа" Кінетична енергія електронів лінійно залежить від частоти світла і не залежить від його інтенсивності Характерна для цього металу Кількість неподаних електронів (струм насичення)-пропорційна кількості кванти, тобто інтенсивність закону світлостоетов

Внутрішній фотоефект в напівпровідниках. Фотоприймачі-електро-оптичні перетворювачі-оптичний зв'язок і т. д. Фотоелектричні-сонячні панелі-відновлювальні джерела енергії.

Фотон Альберта Енштейна (1905 р.)Альберт Енштейн. Альберт Ейнштейн (1879-1955)-один з творців сучасної фізики, творець спеціальної і загальної теорії відносності. У 1905 він представив ідею дискретної квантової структури світлового випромінювання, розглядаючи останній як потік квантового світла, або фотонів-фотонної теорії світла. Нобелівська премія 1921 за відкриття законів фотоелектричної дії.

Фотон Альберта Енштейна (1905)Світло складається з частинок-фотонів, що несуть енергію Фотон має імпульс Ейнштейн: світло не тільки випромінюється квантами (Планк, випромінювання АЧТ), і не тільки поглинається квантами (Енштейн, Фотоефект) а також поширюється у вигляді квантів-фотонів. Маса спокою фотону-0

Властивості фотону. Фотон володіє: (a) корпускулярними властивостями Це неподільне в будь-яких взаємодіях -Він має імпульс б) хвильовими власт. -вона відповідає певній частоті ν (довжині хвилі λ) -Він проявляється в явищ інтерференції та дифракції Корпускулярно-хвильовий дуалізм. Статистичне пояснення консистенції корпускулярних і хвильових властивостей.

Світловий тиск Якщо n є концентрацією фотонів, nc -кількість фотонів, що падають в одиницю часу на одиницю площі Енергія фотонів в од. об’єму. Якщо усі впавші фотони поглинуться p=w. Якщо фотони мають імпульс, то вони повинні тиснути на поверхню. Кщо всі фотони відіб’ються, p=2w