ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Возникновение квантовой теории из "Общая химия " Квантовая теория — дитя XX в. ее открыл и в простейшей форме изложил в 1900 г. Макс Планк (1858—1947) — профессор Берлинского университета. К этой теории он пришел, изучая природу излучения, испускаемого нагретыми твердыми телами. [c.59] иллюстрирующая волновое движение. [c.60] В случае световой волны считают, что синусоидальная кривая (рис. 3.15) представляет величину электрического поля в пространстве. Электрическое поле световой волны перпендикулярно направлению распространения луча света. [c.61] Явление интерференции волн используют для определения длины волны света. Это можно проиллюстрировать рис. 3.16 и 3.17. На первом из них показаны волны на воде, бьющиеся о дамбу, в которой имеется небольшой проток. Волны, ударяющиеся о дамбу, рассеивают свою энергию, передавая ее камням, из которых построена дамба. Однако при этом та часть волн, которая попадает в имеющийся в дамбе проток, вызывает волны по другую сторону дамбы. Там возникают круговые волны, распространяющиеся от протока в дамбе. Эти круговые волны имеют ту же длину, что и длина волн, ударяющихся о дамбу. Если свет или рентгеновские лучи падают на атомы, то часть эпергии падающего света рассеивается атомами. Каждый атом рассеивает вокруг себя круговые волны. Если два атома, возбужденные одинаковыми падающими волнами, рассеивают свет, как показано на рис. 3.17, то в некоторых направлениях распространения круговых воли (сферических волн в случае атомов в трехмерном пространстве), исходящих от двух рассеивающих центров, волны взаимно усиливаются, в результате чего образуются волны с амплитудой в два раза большей, чем амплитуда каждой из круговых волн в других направлениях, где углубления одних круговых волн совпадают с гребнями других, имеет место интерференция . Направление усиления и интерференции для круговых волн от двух источников показано на рис. 3.17. [c.61] Схематическое изображение волн на поверхности воды волны ударяются с дамбу слева, а волны, попадающие в проток в дамбе, распространяются затем кругообразно. [c.62] Взаимное погашение и усиление двух серий круговых волн, распространяющихся от двух отверстий в стене. [c.62] показывающая условия взаимного погашения и усиления круговых волн, распространяющихся из двух точек 1 в 2. Падающие волны распространяются вправо, как показано стрелками. [c.62] В этом уравнении d — расстояние между линиями решетки, ф — угол между направлением падающего пучка света и направлением дифракции, п — целое число (порядок спектра, который равен разности между длинами волн при прохождении расстояния между двумя соседними линиями решетки, отстоящими друг от друга на расстоянии d). Этим методом определены длины волн от 400 нм для фиолетовых лучей до 700 нм для красных (см. рис. 21.1). [c.63] Кривые, показывающие распределение энергии как функцию длины волны излучения, находящегося в равновесии с нагретым телом, при трех различных температурах. Анализируя экспериментальные кривые этого типа, Макс Планк в 1900 г. пришел к открытию квантовой теории. [c.64] Простейший опыт, иллюстрирующий фотоэлектрический эффект. Цинковая пластинка, на которую падают ультрафиолетовые лучи, испускает отрицательные варядн. [c.65] Томсон установил, что металлическая поверхность, на которую падает ультрафиолетовый свет, испускает отрицательные заряды. Простейший опыт, демонстрирующий этот эффект, схематически показан на рис. 3.20. В этом опыте электроскоп заряжен отрицательно когда цинковая пластинка, соединенная с ним, освещается ультрафиолетовым светом, электроскоп разряжается, что свидетельствует об удалении отрицательного электрического заряда под действием ультрафиолетового света. Если на электроскопе большой положительный заряд, то он не разряжается, и это показывает, что в аналогичных условиях прложительные заряды не испускаются. Незаряженный электроскоп приобретает заряд в том случае, если цинковая пластинка подвергается действию ультрафиолетового света при этом электроскоп оказывается заряженным положительно, что указывает на потерю металлом отрицательных зарядов. [c.65] В процессе изучения фотоэлектрического аффекта было получено много новых данных. Вскоре было обнаружено, что видимый свет, падающий на цинковую пластину, не вызывает испускания фотоэлектронов, тогда как ультрафиолетовый свет с длиной волны, не превышающей примерно 350 нм, вызывает появление фотоэлектронов. Максимальная длина волны, оказывающаяся эффективной в этом случае, называется фотоэлектрическим порогом. [c.66] Кривая, представляющая результаты измерения потенциала торможения (необходимого для прекращения потока фотоэлектронов к аноду) как функцию частоты света, вызывающего образование фотоэлектронов. Пороговая частота представляет. собой частоту света, энергия одного кванта которого достаточна для выделения электрона из данного металла квант света с ббльшей частотой может выбить электроны из этого металла и придать электрону еще некоторую кинетическую энергию. [c.67] Фотоэлемент находит применение в аппаратах для демонстрации звуковых кинофильмов, в телевизионных установках, в устройствах для автоматического открывания дверей и для многих других практических целей. Фотоэлемент можно изготовить нанесением тонкого слоя щелочного металла на внутреннюю поверхность небольшой вакуумной лампы, как показано на рис. 3.21. Чтобы фотоэлектроны притягивались к собирающему электроду, его заряжают положительно. Освещение металлической поверхности любым излучением с более короткой длиной волны, чем пороговая, вызывает испускание фотоэлектронов и, как следствие, электрический ток в цепи. Возникающий ток можно регистрировать амперметром. Установлено, что сила тока пропорциональна интенсивности падающего света. [c.68] В ядерной физике и физике элементарных частиц используют также величины, выраженные в мегаэлектронвольтах (МэВ) и гигаэлектронвольтах (ГэВ), причем 1 МэВ = 10 эВ и 1 ГэВ = 10 эВ. [c.68] Решение. Фотоэлектрический порог металлического натрия равен 650 нм. Следовательно, возникающие фотоэлектроны не обладают кинетической энергией энергии светового кванта достаточно лишь для выделения электрона из металла. Значит, сколь угодно малый потенциал торможения достаточен, чтобы в этих условиях остановить поток фотоэлектронов. [c.68] Таким образом, расчет показывает, что потенциал торможения, необходимый для прекращения потока фотоэлектронов в натриевом фотоэлементе, освещаемом светом с длиной волны 325 нм, должен быть равен 1,91 В. [c.69] В рентгеновской трубке электроны, испускаемые накаленной нитью, ускоряются под действием налагаемой разности потенциалов V, а затем ударяются о твердую мишень и останавливаются. Значительная часть общей кинетической энергии такого электрона превращается в фотон. Такое явление называется обратным фотоэлектрическим эффектом. Если вся энергия электрона, равная еУ, превращается в фотон, то частота такого фотона (рентгеновских лучей) может быть вычислена по уравнению фотоэлектрического эффекта еУ = к (энергией ионизации можно в данном случае пренебречь, поскольку она мала по сравнению с другими величинами). Если при замедлении электрона скорость его не падает до нуля, то частота испускаемого рентгеновского кванта будет несколько меньше предельного значения. [c.69] Таким образом, расчеты показывают, что в рентгеновской трубке, работающей под напряжением 50 ООО В, возникает излучение, длина волны которого не может быть меньше 0,248 А. [c.69] Из этого уравнения следует, что фотон ближней инфракрасной области спектра с длиной волны 12 398 А обладает такой же энергией, которую приобретает электрон под действием ускоряющей разности потенциалов 1 В. [c.70] Вернуться к основной статье