Фотонууд хэрхэн хөдөлдөг. Bremsstrahlung ба онцлог шинж чанартай рентген туяа

Фотон бол массгүй бөөмс бөгөөд зөвхөн вакуумд л оршин тогтнох боломжтой. Бас түүнд байхгүй цахилгаан шинж чанар, өөрөөр хэлбэл түүний төлбөр тэгтэй тэнцүү. Харгалзах нөхцөл байдлаас хамааран фотоны тайлбарыг янз бүрээр тайлбарладаг. Сонгодог (электродинамик) нь дугуй туйлшрал бүхий цахилгаан соронзон долгионыг илэрхийлдэг. Фотон нь бөөмийн шинж чанарыг мөн харуулдаг. Энэ хоёрдмол санааг долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал гэж нэрлэдэг. Нөгөө талаас, квант электродинамикүүсэх боломжийг олгодог хэмжигч бозон гэж фотоны бөөмийг дүрсэлдэг цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл.

Орчлон ертөнцийн бүх бөөмс дотроос фотон хамгийн их тоотой байдаг. Фотоны эргэлт (дотоод механик момент). нэгтэй тэнцүү. Мөн фотон нь зөвхөн хоёр квант төлөвт байж болох бөгөөд тэдгээрийн нэг нь тодорхой чиглэлд спин проекц нь -1, нөгөө нь +1-тэй тэнцүү байна. Өгсөн квант шинж чанарфотон нь түүний сонгодог дүрслэлд хөндлөнгөөс тусгалаа олдог цахилгаан соронзон долгион. Фотоны үлдсэн масс нь тэг бөгөөд энэ нь түүний тархалтын хурдыг илэрхийлдэг. хурдтай тэнцүүСвета.

Фотоны бөөмс нь цахилгаан шинж чанаргүй (цэнэг) бөгөөд нэлээд тогтвортой байдаг, өөрөөр хэлбэл фотон нь вакуумд аяндаа задрах чадваргүй байдаг. Энэ бөөмс нь олон зүйлд ялгардаг физик үйл явцжишээлбэл, хөдөлж байх үед цахилгаан цэнэгхурдатгал, түүнчлэн атомын цөм эсвэл атом өөрөө нэг төлөвөөс нөгөөд шилжих энергийн үсрэлт. Мөн урвуу процессын үед фотоныг шингээж авах боломжтой.

Фотоны долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал

Фотонд хамаарах долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал нь олон янзаар илэрдэг физик туршилтууд. Фотоник бөөмс нь саад тотгорын хэмжээ (хагархай, диафрагм) нь бөөмийн хэмжээтэй харьцуулах боломжтой үед дифракц, интерференц зэрэг долгионы үйл явцад оролцдог. Энэ нь ялангуяа нэг фотонуудын нэг ангарлаар дифракц хийх туршилтуудад мэдэгдэхүйц юм. Мөн фотоны цэгийн шинж чанар ба корпускуляр чанар нь хэмжээсүүд нь фотоны долгионы уртаас хамаагүй бага объектуудын шингээлт, ялгаралтын үйл явцад илэрдэг. Гэхдээ нөгөө талаас фотоныг бөөмс хэлбэрээр дүрслэх нь бүрэн гүйцэд биш, учир нь энэ нь орооцолдсон төлөвт суурилсан корреляцийн туршилтаар няцаагддаг. энгийн бөөмс. Тиймээс фотоны бөөмийг, түүний дотор долгион гэж үзэх нь заншилтай байдаг.

Сэдвийн талаархи видео

Эх сурвалжууд:

• Photon 1099: машины тухай бүх зүйл

Үндсэнквант тоо- энэ бол бүхэлдээ тоо, энэ нь энергийн түвшинд электроны төлөв байдлын тодорхойлолт юм. Эрчим хүчний түвшин нь багц юм суурин төлөвүүдижил энергийн утгатай атом дахь электрон. Үндсэнквант тооэлектроны цөмөөс зайг тодорхойлж, энэ түвшинг эзэлдэг электронуудын энергийг тодорхойлдог.

Төлөв байдлыг тодорхойлдог тоонуудын багцыг квант тоо гэж нэрлэдэг. Атом дахь электроны долгионы функц, түүний өвөрмөц төлөвийг дөрвөн квант тоогоор тодорхойлдог - үндсэн, соронзон, орбитал ба сплин - үндсэн элементийн хөдөлгөөний момент нь дараахь байдлаар илэрхийлэгддэг. тоон утга. Үндсэнквант тообайна n .Хэрэв үндсэн квант тооихсэх ба дараа нь электроны тойрог зам ба энерги зохих хэмжээгээр нэмэгддэг. Яаж бага үнэ цэнэ n, тэдгээр илүү үнэ цэнэ эрчим хүчний харилцан үйлчлэлэлектрон Хэрэв электронуудын нийт энерги хамгийн бага бол атомын төлөвийг өдөөгдээгүй буюу үндсэн гэж нэрлэдэг. Атомын төлөв өндөр үнэ цэнээнергийг өдөөгдсөн гэж нэрлэдэг. Хамгийн дээд түвшинд тооэлектроныг N = 2n2 томъёогоор тодорхойлж болно. Электрон нэг энергийн түвшингээс нөгөөд шилжихэд үндсэн квант тоо.IN квант онолэлектрон энерги нь квантлагдсан, өөрөөр хэлбэл зөвхөн салангид, тодорхой утгыг авч болно гэсэн мэдэгдэл. Атом дахь электроны төлөв байдлыг мэдэхийн тулд электроны энерги, электрон хэлбэр болон бусад үзүүлэлтүүдийг харгалзан үзэх шаардлагатай. Бүс нутгаас натурал тоонууд, энд n нь 1 ба 2 ба 3-тай тэнцүү байж болно, үндсэн квант тооямар ч үнэ цэнийг авч болно. Квантын онолд эрчим хүчний түвшинүсгээр, n-ийн утгыг тоогоор тэмдэглэнэ. Элемент байрлах хугацааны тоо, тоотой тэнцүү байнаүндсэн төлөвт байгаа атом дахь энергийн түвшин. Бүх энергийн түвшин дэд түвшнүүдээс бүрдэнэ. Дэд түвшин нь дараахь зүйлээс бүрдэнэ атомын орбиталууд, тэдгээр нь үндсэн квантаар тодорхойлогддог бөгөөд тодорхойлогддог тоо m n, тойрог зам тоо m l ба квант тоом мл. Түвшин бүрийн дэд түвшний тоо n-ээс хэтрэхгүй Шредингерийн долгионы тэгшитгэл нь хамгийн тохиромжтой цахим бүтэцатом.

Квантын физик нь 20-р зуунд шинжлэх ухааны хөгжилд асар том түлхэц болсон. Сонгодог механикийн зарим асуудлууд аль хэдийн уусдаггүй мэт санагдах үед квант механик ашиглан хамгийн жижиг хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлийг огт өөр байдлаар дүрслэх оролдлого бий болсон. жинхэнэ хувьсгал.

Квантын физик үүссэн шалтгаанууд

Физик - дэлхийн үйл ажиллагааны хуулиудыг тодорхойлдог. Ньютон буюу сонгодог нь Дундад зууны үед үүссэн бөгөөд түүний байр суурийг эртний үед харж болно. Энэ нь нэмэлт хэмжих хэрэгсэлгүйгээр хүмүүст хүлээн зөвшөөрөгдсөн масштабаар болж буй бүх зүйлийг төгс тайлбарладаг. Гэвч хүмүүс бичил болон макро ертөнцийг судалж эхлэхэд олон зөрчилдөөнтэй тулгарч байсан. жижиг хэсгүүд, эдгээрээс матери болон эргэн тойрон дахь аварга галактикуудаас бүрддэг хүнд хайртай Сүүн зам. Сонгодог физик бүх зүйлд тохиромжгүй болох нь тогтоогдсон. Квантын физик, квант механик ба квант талбайн системийн шинжлэх ухаан ингэж гарч ирэв. Квантын физикийг судлах арга техник нь квант механик ба квант талбайн онол юм. Эдгээрийг физикийн бусад холбогдох салбарт ашигладаг.

Квантын физикийн үндсэн зарчмуудыг сонгодогтой харьцуулахад

Дөнгөж танилцаж байгаа хүмүүст зориулав квант физик, түүний заалтууд нь ихэвчлэн логикгүй эсвэл бүр утгагүй мэт санагддаг. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийг гүнзгийрүүлэн судлах нь логикийг олоход илүү хялбар болно. Квантын физикийн үндсэн зарчмуудыг сурах хамгийн хялбар арга бол сонгодог физиктэй харьцуулах явдал юм.

Хэрэв сонгодог зохиолд эрдэмтэд үүнийг хэрхэн дүрслэхээс үл хамааран байгаль өөрчлөгддөггүй гэж үздэг бол квант физикАжиглалтын үр дүн нь хэмжилтийн аль аргыг ашиглахаас ихээхэн хамаарна.

Сонгодог физикийн үндэс болсон Ньютоны механикийн хуулиудын дагуу бөөмс (эсвэл материаллаг цэг) цаг мөч бүрт тодорхой байрлал, хурдтай байдаг. IN квант механикэнэ буруу. Энэ нь зайны хэт байрлалын зарчим дээр суурилдаг. Өөрөөр хэлбэл, хэрэв квант бөөмснэг болон өөр төлөвт байж болно, энэ нь мөн гурав дахь төлөвт байж болно гэсэн үг юм - өмнөх хоёрын нийлбэр (үүнийг шугаман хослол гэж нэрлэдэг). Иймээс тухайн бөөм нь тодорхой хугацааны дараа яг хаана байхыг тодорхойлох боломжгүй юм. Та түүний хаа нэгтээ байх магадлалыг л тооцоолж болно.

Хэрэв орвол сонгодог физикТа хөдөлгөөний траекторийг барьж болно физик бие, тэгвэл квантад зөвхөн цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөх магадлалын тархалт байдаг. Түүнээс гадна тархалтын дээд хэмжээ нь сонгодог механикаар тодорхойлогддог газарт үргэлж байрладаг! Энэ нь маш чухал бөгөөд энэ нь нэгдүгээрт, сонгодог ба хоёрын хоорондох холбоог илрүүлэх боломжийг олгодог квант механик, хоёрдугаарт, энэ нь хоорондоо зөрчилддөггүйг харуулж байна. Сонгодог физик бол квант физикийн онцгой тохиолдол гэж бид хэлж чадна.

Сонгодог физикт магадлал нь судлаач объектын зарим шинж чанарыг мэдэхгүй үед гарч ирдэг. Квантын физикт магадлал нь үндсэн зүйл бөгөөд мунхагийн зэрэглэлээс үл хамааран үргэлж байдаг.

IN сонгодог механикБөөмийн эрчим хүч, хурдны аливаа утгыг зөвшөөрдөг боловч квант бөөмсийн хувьд зөвхөн "квантлагдсан" тодорхой утгыг зөвшөөрдөг. Тэднийг дууддаг хувийн үнэ цэнэ, тус бүр нь тохирч байна цэвэр үнэ цэнэ. Квант нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд хуваагдах боломжгүй зарим хэмжигдэхүүний "хэсэг" юм.

Квантын физикийн үндсэн зарчмуудын нэг бол Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчим юм. Энд гол зүйл бол бөөмийн хурд болон байрлалыг нэгэн зэрэг тодорхойлох арга байхгүй. Та зөвхөн нэг зүйлийг хэмжих боломжтой. Түүгээр ч барахгүй төхөөрөмж нь бөөмийн хурдыг сайн хэмжих тусам түүний байрлалын талаар бага мэдээлэлтэй байх болно, мөн эсрэгээр.

Үнэн хэрэгтээ бөөмсийг хэмжихийн тулд та түүнийг "харах" хэрэгтэй, өөрөөр хэлбэл гэрлийн бөөмийг - фотоныг түүний чиглэлд илгээх хэрэгтэй. Судлаачийн бүх зүйлийг мэддэг энэ фотон нь хэмжиж буй бөөмстэй мөргөлдөж, шинж чанараа өөрчлөх болно. Энэ нь хөдөлж буй машины хурдыг хэмжиж, өөр машин руу мэдэгдэж буй хурдаар илгээж, дараа нь хоёр дахь машины өөрчлөгдсөн хурд, замналыг ашиглан эхнийхийг шалгаж үзэхтэй ойролцоо юм. Квантын физик нь маш жижиг биетүүдийг судалдаг тул фотонууд буюу гэрлийн бөөмс хүртэл шинж чанарыг нь өөрчилдөг.

Фотон бол энгийн бөөмс, цахилгаан соронзон цацрагийн квант энерги (өөрөөр хэлбэл салангид) бөгөөд энэ нь Планкийн тогтмол юм. импульс гэж нэрлэгддэг байгаа фотонд хамааруулж байгаа бол. "Харьцангуй масс" нь хамаарал дээр үндэслэсэн байх болно Фотоны хувьд тайван масс байхгүй. Фото эффект нь гэрлийн нөлөөн дор бодисоос электрон ялгарах (мөн ерөнхийдөө Эйнштейний ямар ч цахилгаан соронзон цацраг). Фото эффектийн хувьд:

hν = А гарч + Э к

Хаана А гарч- гэж нэрлэгддэг ажлын функц (бодисоос электроныг зайлуулахад шаардагдах хамгийн бага энерги), Э кялгаруулж буй электроны кинетик энерги (хурдаас хамаарч харьцангуйн бөөмийн кинетик энергийг тооцож болно, эс тооцвол), ν нь энергитэй туссан фотоны давтамж юм. hν, h- Планкийн тогтмол.

Гадны фотоэффект (фотоэлектрон ялгаруулалт) нь цахилгаан соронзон цацрагийн нөлөөн дор бодисоос электрон ялгаруулах явдал юм. 1) Фотоэлектронуудын хамгийн их анхны хурд нь туссан гэрлийн эрчмээс хамаардаггүй бөгөөд зөвхөн түүний давтамжаар тодорхойлогддог. 2) Фотоэлектрик эффект болох хамгийн бага давтамж байдаг (улаан хүрээ) 3) Ханалтын гүйдэл нь дээж дээр тусах гэрлийн эрчмээс хамаарна 4) Фотоэлектрик эффект нь инерцигүй үзэгдэл юм. Фото гүйдлийг зогсоохын тулд анод руу сөрөг хүчдэл (унтраах хүчдэл) тавих шаардлагатай. Дотоод фотоэлектрик эффект нь гэрлийн нөлөөн дор байгаа бодисын электрон дамжуулалтын өөрчлөлт юм. Фото дамжуулалт нь хагас дамжуулагчийн шинж чанар юм. Хагас дамжуулагчийн цахилгаан дамжуулах чанар нь цэнэгийн тээвэрлэгч байхгүйгээс хязгаарлагддаг. Фотоныг шингээх үед электрон валентийн зурвасаас дамжуулалтын зурвас руу шилждэг. Үүний үр дүнд хос цэнэг тээвэрлэгч үүсдэг: дамжуулалтын зурвас дахь электрон ба валентын зурвас дахь нүх. Хагас дамжуулагч дээр хүчдэл хэрэглэх үед цэнэгийн тээвэрлэгч хоёулаа цахилгаан гүйдэл үүсгэдэг.

Өвөрмөц хагас дамжуулагч дахь фото дамжуулагчийг өдөөх үед фотоны энерги нь зурвасын зөрүүг давах ёстой. Нэмэлттэй хагас дамжуулагчийн хувьд фотоны шингээлт нь зурвасын завсарт байрлах түвшнээс шилжих шилжилтийг дагалдаж болох бөгөөд энэ нь гэрэл дамжуулах чадварыг үүсгэдэг гэрлийн долгионы уртыг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог. Энэ нөхцөл байдал нь хэт улаан туяаны цацрагийг илрүүлэхэд чухал ач холбогдолтой. Фото дамжуулалтын өндөр байх нөхцөл нь шууд завсарлагатай хагас дамжуулагчдад тохиолддог гэрлийн шингээлтийн өндөр коэффициент юм.

16. Хөнгөн даралт.

Хөнгөн даралтБиеийн гадаргуу дээр туссан цахилгаан соронзон гэрлийн долгионы улмаас үүссэн даралт юм. Гэрлийн квант онол нь фотонуудын импульсийг бодисын атом эсвэл молекул руу шилжүүлсний үр дүнд гэрлийн даралтыг тайлбарладаг. S талбайтай туйлын хар биеийн гадаргуу дээр секунд тутамд N фотон бууя: . Фотон бүр импульстэй байдаг. Биеийн гадаргуугаас хүлээн авсан нийт импульс тэнцүү байна. Хөнгөн даралт: .- тусгалын коэффициент, - эзэлхүүний цацрагийн энергийн нягт. Сонгодог онол

17. Bremsstrahlung ба шинж чанарын рентген туяа.

Рентген туяа нь цахилгаан соронзон долгион бөгөөд фотонуудын энерги нь хэт ягаан туяа ба гамма цацрагийн хоорондох цахилгаан соронзон долгионы масштаб дээр байрладаг бөгөөд энэ нь 10 −2-аас 10 3 Å (10 −12-аас 10 −7 м) долгионы урттай тохирч байна. . Схемийн дүрслэл рентген хоолой. X - рентген туяа, K - катод, А - анод (заримдаа антикатод гэж нэрлэдэг), C - дулаан шингээгч, У h- катодын утас хүчдэл, У а- хурдасгах хүчдэл, W in - усны хөргөлтийн оролт, W out - ус хөргөх гаралт. Анодыг бөмбөгдөж буй электронуудын энерги нь атомын дотоод бүрхүүлээс электронуудыг урахад хангалттай болоход bremsstrahlung-ийн дэвсгэр дээр хурц шугамууд гарч ирдэг. онцлогцацраг. Эдгээр шугамын давтамж нь анодын бодисын шинж чанараас хамаардаг тул тэдгээрийг шинж чанар гэж нэрлэдэг.

Bremsstrahlung гэдэг нь цахилгаан талбарт тархсан (тоормослох) үед цэнэглэгдсэн бөөмөөс ялгарах цахилгаан соронзон цацраг юм. dp/dλ hv eU-ийн эрчим хүчээс их байж болохгүй. энерги хадгалагдах хуулиас Рентген цацрагийн хамгийн түгээмэл эх үүсвэр нь цахилгаан оронгоор хүчтэй хурдассан электронууд анодыг бөмбөгддөг рентген туяа юм (W эсвэл Pt гэх мэт хүнд металлаар хийсэн металл бай) , үүн дээр огцом удаашралтай тулгарч байна. Энэ тохиолдолд рентген туяа үүсдэг бөгөөд энэ нь ойролцоогоор 10-12-10-8 м долгионы урттай цахилгаан соронзон долгион юм. Долгионт байгальРентген цацрагийг § 182-т авч үзсэн дифракцийн туршилтаар нотолсон болно.

Рентген цацрагийн спектрийн найрлагыг судлах нь түүний спектртэй болохыг харуулж байна нарийн төвөгтэй бүтэц(Зураг 306) ба электронуудын энерги болон анодын материалаас хоёуланд нь хамаарна. Спектр гэдэг нь богино долгионы тал дээр тодорхой  мин хязгаараар хязгаарлагдсан тасралтгүй спектрийн суперпозиция бөгөөд тасралтгүй спектрийн хил гэж нэрлэгддэг ба шугамын спектр- тасралтгүй спектрийн дэвсгэр дээр гарч буй бие даасан шугамуудын цуглуулга.

Үргэлжилсэн спектрийн шинж чанар нь анодын материалаас бүрэн хамааралгүй боловч зөвхөн анодыг бөмбөгдөж буй электронуудын энергиэр тодорхойлогддог болохыг судалгаагаар тогтоожээ. Энэхүү цацрагийн шинж чанарыг нарийвчилсан судалгаагаар зорилтот атомуудтай харилцан үйлчлэлийн явцад удаашралын үр дүнд анодыг бөмбөгдөж буй электронууд ялгардаг болохыг харуулсан. Үргэлжилсэн рентген спектрийг иймээс bremsstrahlung спектр гэж нэрлэдэг. Энэ дүгнэлт нь цацрагийн сонгодог онолтой тохирч байна, учир нь хөдөлж буй цэнэгийг удаашруулах үед тасралтгүй спектртэй цацраг үүсэх ёстой.

Гэсэн хэдий ч сонгодог онол нь тасралтгүй спектрийн богино долгионы хил байдаг гэсэн үг биш юм. Туршилтаас үзэхэд рентген цацрагийг үүсгэдэг электронуудын кинетик энерги их байх тусам  мин бага байна. Энэ нөхцөл байдал, мөн хил хязгаар нь өөрөө байгааг квант онолоор тайлбарладаг. Мэдээжийн хэрэг, квантыг хязгаарлах энерги нь электроны бүх кинетик энергийг квант энерги болгон хувиргах тоормосны тохиолдолтой тохирч байна, өөрөөр хэлбэл.

Хаана У- электронд энерги өгч байгаа боломжит зөрүү Эхамгийн их,  max - тасралтгүй спектрийн хил хязгаарт тохирсон давтамж. Тиймээс таслах долгионы урт

IN орчин үеийн тайлбарКвантын таамаглал нь энергийг илэрхийлдэг Эатом эсвэл молекулын чичиргээ тэнцүү байж болно hν, 2 hν, 3 hν гэх мэт боловч дараалсан хоёр бүхэл тоонуудын хоорондох интервалд энерги бүхий хэлбэлзэл байхгүй. Энэ нь эрчим хүч нь олон зууны турш итгэж байсан шиг тасралтгүй биш гэсэн үг юм квантчилсан , өөрөөр хэлбэл зөвхөн хатуу тодорхойлогдсон салангид хэсгүүдэд байдаг. Хамгийн жижиг хэсгийг нь нэрлэдэг энергийн квант . Квантын таамаглалыг атом-молекулын түвшинд ямар ч далайцтай чичиргээ үүсдэггүй гэсэн мэдэгдэл болгон томъёолж болно. Хүчинтэй утгууддалайц нь чичиргээний давтамжтай холбоотой ν .

1905 онд Эйнштейн квант таамаглалыг ерөнхийд нь нэгтгэсэн зоримог санаа дэвшүүлж, түүнийг үндэс болгосон. шинэ онолгэрэл (фотоэлектрик эффектийн квант онол). Эйнштейний онолын дагуу , давтамжтай гэрэлν зөвхөн биш ялгарсан, Планкийн таамаглаж байсанчлан, гэхдээ бас тус тусад нь тарааж бодисоор шингэдэг (квант), хэний энерги. Тиймээс гэрлийн тархалтыг тасралтгүй гэж үзэж болохгүй долгионы үйл явц, гэхдээ вакуум дахь гэрлийн тархалтын хурдаар хөдөлж, орон зайд байршсан салангид гэрлийн квантуудын урсгал хэлбэрээр ( -тай). Квант цахилгаан соронзон цацрагнэрийг авсан фотон .

Өмнө дурьдсанчлан, цацрагийн нөлөөн дор металлын гадаргуугаас электрон ялгарах нь гэрлийн цахилгаан соронзон долгион гэсэн санаатай тохирч байна. цахилгаан соронзон долгионы цахилгаан орон нь метал дахь электронууд дээр үйлчилж, тэдгээрийн заримыг нь устгадаг. Гэвч Эйнштейн долгионы онол болон гэрлийн фотон (квант корпускуляр) онолоор урьдчилан таамагласан фотоэлектрик эффектийн нарийн ширийн зүйлс ихээхэн ялгаатай байгааг анхаарч үзсэн.

Тиймээс бид долгион ба долгион дээр үндэслэн ялгарсан электроны энергийг хэмжиж болно фотоны онол. Аль онолыг илүүд үзэх вэ гэсэн асуултад хариулахын тулд фотоэлектрик эффектийн зарим нарийн ширийн зүйлийг авч үзье.

-ээс эхэлье долгионы онол, тэгээд гэж бодъё хавтан гэрэлтдэг монохромат гэрэл . гэрлийн долгионпараметрүүдээр тодорхойлогддог: эрчим ба давтамж(эсвэл долгионы урт). Долгионы онол нь эдгээр шинж чанарууд өөрчлөгдөхөд дараах үзэгдлүүд тохиолддог гэж таамаглаж байна.

· гэрлийн эрч хүч нэмэгдэхийн хэрээр гадагшлах электронуудын тоо, тэдгээрийн хамгийн их энерги нэмэгдэх ёстой, учир нь илүү их гэрлийн эрч хүч илүү их далайцтай гэсэн үг цахилгаан орон, ба илүү хүчтэй цахилгаан орон нь илүү их энергитэй электронуудыг гаргаж авдаг;

электроныг устгасан; кинетик энерги нь зөвхөн туссан гэрлийн эрчмээс хамаарна.

Фотон (корпускуляр) онол нь огт өөр зүйлийг урьдчилан таамаглаж байна. Юуны өмнө бид монохромат туяанд бүх фотонууд ижил энергитэй байдаг (тэнцүү hν). Гэрлийн цацрагийн эрчмийг нэмэгдүүлэх нь цацраг дахь фотонуудын тоог нэмэгдүүлэх гэсэн үг боловч давтамж өөрчлөгдөөгүй тохиолдолд тэдний энергид нөлөөлөхгүй. Эйнштейний онолоор бол нэг фотон металлтай мөргөлдөхөд түүний гадаргуугаас электрон унадаг. Энэ тохиолдолд фотоны бүх энерги электрон руу шилжиж, фотон оршин тогтнохоо болино. Учир нь электроныг металлын гадаргуугаас гаргахад хамгийн бага энерги шаардагддаг А(үүнийг ажлын функц гэж нэрлэдэг бөгөөд ихэнх металлын хувьд хэд хэдэн электрон вольтоор хэмжигддэг). Хэрэв туссан гэрлийн давтамж ν бага бол фотоны энерги ба энерги нь металлын гадаргуугаас электроныг таслахад хангалтгүй юм. Хэрэв , тэгвэл электронууд металлын гадаргуугаас нисч, ба ийм үйл явцад эрчим хүчхадгалагдаж байна, өөрөөр хэлбэл. фотоны энерги ( hν) тэнцүү байна кинетик энергиялгарсан электрон дээр нэмэх нь электроныг металлаас гаргах ажил:

(2.3.1) тэгшитгэлийг дуудна Гадаад фотоэлектрик эффектийн Эйнштейний тэгшитгэл.

Эдгээр бодол дээр үндэслэн гэрлийн фотоник (корпускуляр) онол дараахь зүйлийг урьдчилан таамаглаж байна.

1. Гэрлийн эрчмийг нэмэгдүүлнэ гэдэг нь металлын гадаргуугаас илүү олон электроныг таслан зогсоох фотонуудын тоо нэмэгдэхийг хэлнэ. Гэхдээ фотоны энерги ижил тул электроны хамгийн их кинетик энерги өөрчлөгдөхгүй ( батлагдсан I фотоэлектрик эффектийн хууль).

2. Туссан гэрлийн давтамж ихсэх тусам электронуудын хамгийн их кинетик энерги Эйнштейний томьёо (2.3.1)-ийн дагуу шугаман байдлаар нэмэгддэг. ( Баталгаажуулалт II фотоэлектрик эффектийн хууль). Энэ хамаарлын графикийг Зураг дээр үзүүлэв. 2.3.

,

Цагаан будаа. 2.3

3. Хэрэв ν давтамж нь критик давтамжаас бага бол электронууд гадаргуугаас таслагдахгүй (III). хууль).

Тиймээс корпускуляр (фотон) онолын таамаглал нь долгионы онолын таамаглалаас эрс ялгаатай боловч туршилтын гурван онолтой маш сайн давхцаж байгааг бид харж байна. тогтоосон хуулиудфотоэлектрик эффект

Эйнштейний тэгшитгэлийг Милликаны 1913-1914 онд хийсэн туршилтаар баталсан. Столетовын туршилтаас гол ялгаа нь металл гадаргууг вакуум орчинд цэвэрлэсэн явдал юм. Хамгийн их кинетик энергийн давтамжаас хамаарлыг судалж, Планкийн тогтмолыг тодорхойлсон h.

1926 онд Оросын физикчидП.И. Лукирский ба С.С. Прилежаев фотоэлектрик эффектийг судлахын тулд вакуум бөмбөрцөг конденсаторын аргыг ашигласан. Анод нь шилэн бөмбөрцөг цилиндрийн мөнгөн бүрсэн хана, катод нь бөмбөг байв ( Р≈ 1.5 см) судалж буй металлаас бөмбөрцгийн төвд байрлуулсан. Электродуудын энэ хэлбэр нь гүйдлийн хүчдэлийн налууг нэмэгдүүлэх, улмаар хоцрогдлын хүчдэлийг илүү нарийвчлалтай тодорхойлох боломжийг олгосон (мөн үүний үр дүнд h). Планкийн тогтмолын утга hЭдгээр туршилтаас олж авсан , бусад аргуудын (хар биеийн цацраг болон тасралтгүй рентген спектрийн богино долгионы ирмэгээс) олсон утгатай нийцэж байна. Энэ бүхэн нь Эйнштейний тэгшитгэлийн зөв байдлын нотолгоо бөгөөд үүний зэрэгцээ түүний фотоэлектрик эффектийн квант онол юм.

Тайлбарлах зорилгоор дулааны цацрагПланк гэрлийг квантаар ялгаруулдаг гэж санал болгосон. Эйнштейн фотоэлектрик эффектийг тайлбарлахдаа гэрлийг квантаар шингээдэг гэж үзсэн. Эйнштейн мөн гэрэл квантаар тархдаг, өөрөөр хэлбэл. хэсгүүдэд. Гэрлийн энергийн квант гэж нэрлэдэг фотон . Тэдгээр. Бид дахин корпускул (бөөмс) гэсэн ойлголтонд хүрэв.

Эйнштейний таамаглалын хамгийн шууд баталгаа нь давхцлын аргыг ашигласан Ботегийн туршилтаар хангагдсан (Зураг 2.4).

Цагаан будаа. 2.4

Нимгэн металл тугалган цаас Фхоёр хий ялгаруулах тоолуурын хооронд байрлуулсан SCH. Тугалган цаасыг сул туяагаар гэрэлтүүлэв рентген туяа, түүний нөлөөн дор тэрээр өөрөө рентген туяаны эх үүсвэр болсон (энэ үзэгдлийг рентген флюресцент гэж нэрлэдэг). Анхдагч цацраг бага эрчимтэй байсан тул тугалган цааснаас ялгарах квантуудын тоо бага байв. Лангуу дээр квант мөргөх үед механизм хөдөлж, хөдөлж буй цаасан туузан дээр тэмдэг тавьсан. Хэрэв ялгарсан энерги нь бүх чиглэлд жигд тархсан бол дараахь байдлаар долгионы дүрслэл, хоёр тоолуур нэгэн зэрэг ажиллах ёстой бөгөөд туузан дээрх тэмдэг нь бие биенийхээ эсрэг байх ёстой. Бодит байдал дээр тэмдэглэгээг бүрэн санамсаргүй байдлаар зохион байгуулсан. Үүнийг зөвхөн ялгарах үйл явцад гэрлийн тоосонцор гарч ирж, нэг чиглэлд нисч байгаагаар л тайлбарлаж болно. Гэрлийн тусгай бөөмс болох фотонууд байдаг нь туршилтаар батлагдсан юм.

Фотонд энерги байдаг . Учир нь харагдах гэрэлдолгионы урт λ = 0.5 μм ба энерги Э= 2.2 эВ, рентген туяанд λ = мкм ба Э= 0.5 эВ.

Фотон нь инерцийн масстай , үүнийг хамаарлаас олж болно:

Фотон гэрлийн хурдаар хөдөлдөг в= 3·10 8 м/с. Энэ хурдны утгыг харьцангуй массын илэрхийлэлд орлъё:

.

Фотон бол тайван массгүй бөөмс юм. Энэ нь гэрлийн хурдаар хөдөлж байж л оршин тогтнох боломжтой c .

Энерги ба фотоны импульсийн хоорондын холбоог олъё.

Бид импульсийн харьцангуй илэрхийлэлийг мэддэг.

Мөн эрчим хүчний хувьд:

Фотоэлектрик эффект нь гэрлийн нөлөөн дор металлын гадаргуугаас электрон ялгарах явдал юм.

IN
1888 Г.Герц өндөр хүчдэлд байгаа электродыг хэт ягаан туяагаар цацруулах үед цацраггүй байснаас илүү их зайд электродуудын хооронд ялгадас үүсдэг болохыг олж мэдэв.

Фотоэлектрик эффектийг дараах тохиолдолд ажиглаж болно.

1. Электроскоптой холбосон цайрын хавтанг сөрөг цэнэглэж, хэт ягаан туяагаар цацруулна. Энэ нь хурдан гадагшилдаг. Хэрэв та үүнийг эерэгээр цэнэглэвэл хавтангийн цэнэг өөрчлөгдөхгүй.

2
. Эерэг сүлжээний электродоор дамжин өнгөрч буй хэт ягаан туяа нь сөрөг цэнэгтэй цайрын хавтанг цохиж, электронуудыг салгаж, тор руу гүйж, мэдрэмтгий гальванометрээр бүртгэгдсэн фото гүйдлийг үүсгэдэг.

Фотоэлектрик эффектийн хуулиуд

Фотоэлектрик эффектийн тоон хуулиудыг (1888-1889) A. G. Stoletov тогтоосон. Тэрээр хоёр электродтой вакуум шилэн бөмбөлөг ашигласан.

П
анхны хууль

Цилиндр дэх гүйдэл нь тэдгээрийн аль нэгэнд тогтмол гэрлийн урсгалтай байх үед электродуудын хоорондох хүчдэлээс хамаарлыг судалж үзжээ. фотоэлектрик эффектийн анхны хууль.

Ханалтын фото гүйдэл нь гэрлийн урсгалтай пропорциональ байнацагтметалл дээр унах: I=ν∙ Φ, хаана ν – бодисын гэрэл мэдрэмтгий чанар гэж нэрлэгддэг пропорциональ коэффициент.

Тиймээс, 1 секундын дотор бодисоос тасарсан электронуудын тоо нь энэ бодис дээр туссан гэрлийн эрчтэй пропорциональ байна..

Хоёрдугаар хууль

А.Г.Столетов ижил суурилуулалтын гэрэлтүүлгийн нөхцлийг өөрчилснөөр фотоэлектрон эффектийн хоёр дахь хуулийг нээсэн: фотоэлектронуудын кинетик энерги нь туссан гэрлийн эрчмээс хамаардаггүй, харин түүний давтамжаас хамаардаг.

Э
Хэрэв та батерейны эерэг туйлыг гэрэлтүүлсэн электродтой холбовол тодорхой хүчдэлийн үед фото гүйдэл зогсох болно. Энэ үзэгдэл нь гэрлийн урсгалын хэмжээнээс хамаардаггүй.

Эрчим хүч хадгалах хуулийг ашиглах
, Хаана д- төлбөр; м - электрон масс; v- электрон хурд; У h - блоклох хүчдэл, хэрэв электродыг цацруулж буй цацрагийн давтамж нэмэгдсэн бол энэ нь тогтоогдсон. У z2 > У z1, тиймээс Э k2 > Э k1. Тиймээс, ν 2 > ν 1 .

Т
ийм байдлаар фотоэлектронуудын кинетик энерги гэрлийн давтамжтай шугаман нэмэгддэг.

Гурав дахь хууль

Төхөөрөмж дэх фотокатодын материалыг сольсноор Столетов фотоэлектрик эффектийн гуравдахь хуулийг бий болгосон: бодис бүрийн хувьд фотоэлектрик эффектийн улаан хязгаар байдаг, өөрөөр хэлбэл. хамгийн бага давтамж байдаг ν мин , энэ үед фотоэлектрик эффект боломжтой хэвээр байна. At ν <ν мин фотокатод дээр туссан гэрлийн долгионы аль ч эрчимтэй үед фотоэлектрик эффект үүсэхгүй.

Дөрөвдүгээр хууль

Фотоэлектрик эффект нь бараг инерцигүй ( т = 10 −9 сек).

Фотоэлектрик эффектийн онол

А.Эйнштейн М.Планкийн (1905) санааг хөгжүүлж, фотоэлектрик эффектийн хуулиудыг квант онолыг ашиглан тайлбарлаж болохыг харуулсан.

Фотоэлектрик эффектийн үзэгдэл туршилтаар батлагдсан: гэрэл нь тасалдсан бүтэцтэй байдаг.

Гаргасан хэсэг Э=hνбие даасан байдлаа хадгалж, зөвхөн бодисоор бүрэн шингэдэг.

Эрчим хүч хэмнэх хуульд үндэслэсэн
.

Учир нь
,
,
,
.

Фотон ба түүний шинж чанарууд

Фотон бол цахилгаан саармаг материаллаг бөөмс юм.

Фотоны энергиЭ=hνэсвэл Э=ħω , учир нь
, ω = 2 πν . Хэрэв h= 6.63∙10 −34 J∙s, тэгвэл ħ ≈ 1.55∙10 −34 Ж∙с.

Харьцангуйн онолын дагуу Э=mc 2 =hν, эндээс
, Хаана м– энергитэй тэнцэх фотоны масс.

Судасны цохилт
, учир нь в=νλ . Фотоны импульс нь гэрлийн цацрагийн дагуу чиглэгддэг.

Импульс байгаа нь туршилтаар батлагдсан: гэрлийн даралт байгаа эсэх.

Фотоны үндсэн шинж чанарууд

1. Энэ нь цахилгаан соронзон орны бөөмс юм.

2. Гэрлийн хурдаар хөдөлдөг.

3. Энэ нь зөвхөн хөдөлгөөнд л байдаг.

4. Фотоныг зогсоох боломжгүй: тэр нь хөдөлдөг v=-тай, эсвэл байхгүй; тиймээс фотоны үлдсэн масс тэг байна.

Комптон эффект (1923)

А .Комптон гэрлийн квант онолыг баталжээ. Атомд холбогдсон фотон ба электрон хоорондын харилцан үйлчлэл:

1. Долгионы онолын үүднээс гэрлийн долгионыг жижиг хэсгүүдээр тараах ёстой.

ν уралдаан = ν Харамсалтай нь энэ нь туршлагаар батлагдаагүй байна.

2. Фотоэлектрик эффект нь фотоныг бүрэн шингээх явдал юм.

3
. А.Комптон рентген туяаны тархалтын хуулиудыг судлахдаа рентген туяа бодисоор дамжин өнгөрөхөд долгионы урт нэмэгддэг ( λ ) долгионы урттай харьцуулахад тархсан цацраг ( λ ) цацраг туяа. Илүү их φ , эрчим хүчний алдагдал их байх тусам давтамж буурах болно ν (өсгөх λ ). Хэрэв бид рентген туяа нь гэрлийн хурдаар нисдэг фотонуудаас бүрддэг гэж үзвэл А.Комптоны туршилтын үр дүнг тайлбарлаж болно: фотоны давтамж. ν энергитэй Э = hν , масс
ба импульс
.

Фотон-электрон системийн энерги ба импульс хадгалагдах хуулиуд: hν +м 0 в 2 = hν" +mc 2 ,
,Хаана м 0 в 2 – суурин электроны энерги; hν - мөргөлдөхөөс өмнөх фотоны энерги; hν" – фотонтой мөргөлдсөний дараах фотоны энерги;
Тэгээд
- мөргөлдөхөөс өмнө болон дараа нь фотоны импульс; мv– фотонтой мөргөлдсөний дараа электрон импульс.

Эрчим хүч ба импульсийн тэгшитгэлийг шийдэх нь фотоныг электроноор тараах үед долгионы уртын өөрчлөлтийн томъёог гаргаж өгнө.
, Хаана - Комптон долгионы урт.

В.В.Мантуров

ФОТООНЫ ХЭМЖЭЭНИЙ ТУХАЙ

Фотоныг тороид (пончик) хэлбэрээр дүрсэлсэн тохиолдолд л фотоны хэмжээг ярих нь үндэслэлтэй болохыг харуулж байна. Гурилын хэмжээг хэрхэн тодорхойлох талаар огт яриагүй. Гэсэн хэдий ч (зохиогчийн хувьд 2012 оны 9-р сараас 10-р сарын хооронд гэнэтийн зүйл байсан) де Бройль долгионы уналтаас үүссэн фотонууд, жишээлбэл, тэдний эцэг эх ба тээвэрлэгч чөлөөт электроноос энергийн хувьд хоёроос гурав дахин өндөр байдаг нь тогтоогджээ. өдөөгдсөн атомаас (ялангуяа) устөрөгчөөс электрон ялгаралтын үр дүнд спектрт тодруулсан фотонуудаас илүү эрчимтэй байна. Энэ нь байх ёстой байсан юм шиг харагдаж байна уу?

Фотоны хэмжээ хэд вэ гэсэн асуултын хариулт нь энгийн бөгөөд тийм ч энгийн биш юм. Радио давтамжийн долгионы хувьд фотоны хэмжээний тухай ярих нь утгагүй гэдгийг эхэлцгээе.

Нэгдүгээрт, фотон нь цахилгаан соронзон долгион ба ижил шинж чанартай радио долгион нь бие биенээсээ урт, давтамж, олж авах энергийн хувьд төдийгүй тэдгээрийн үүсэх физик механизмаар тодорхойлогддог бүтцээрээ ялгаатай байдаг. .

Үнэн хэрэгтээ радио долгионы цацраг нь оч завсарын хоёр электродын хооронд гүйдэл гарах үед үүсдэг (шугаман аянгыг электродгүй гэж ангилдаг). Мөн тэд Hertz чичиргээ, оч завсар эсвэл осцилляторын тэнхлэгээс хажуу тийш радиаль байдлаар тархдаг.Ийм радио долгионы туйлшралын бүхэл бүтэн багц нь "санах ой" -ыг хадгалдаг оч завсарын тэнхлэгийн чиглэлээр тодорхойлогддог.

Хоёрдугаарт, тэд сансарт тархаж, радио долгион нь нэг төрлийн бөмбөрцөг хэлбэртэй болдог. Хэдийгээр үнэн хэрэгтээ тэд уут болон "төрсөн" байдаг. (Энэ бүхэн нь агаарын бөмбөлгийг хөөргөх эсвэл хөөргөх үед анхны хэлбэрээсээ хэрхэн өөрчлөгддөгтэй төстэй юм.) Бөмбөлөгөөс ялгаатай нь радио долгионы гурилан бүтээгдэхүүний хэмжээ нь бараг бөмбөрцөг болж хувирч, гэрлийн хурдаар өсдөг. , мөн хязгааргүй. Тиймээс тэдгээрийг "онолын хувьд" хавтгай монохроматик байдлаар төлөөлдөг.

Сантиметрээс ихгүй долгионы урттай фотонуудын хувьд эдгээр нь юуны түрүүнд үүрд мөнх, пончик, тогтмол хэмжээтэй тороид юм. Фотоны хэмжээ нь түүний цахилгаан соронзон долгионы урт, улмаар давтамжийг тодорхойлдог тул. Мөн фотон нь электрон (цэнэглэгдсэн бөөмс) орхисон эсвэл түүнээс үлдсэн де Бройль долгион юм. Мөн де Бройль долгион (DBW) нь цэнэглэгдсэн бөөмийн хөдөлгөөний эхлэлтэй хамт үүсдэг. Энэ нь VDB нь тороид (пончик) хэлбэрээр үүсдэг бөгөөд түүний нүхэнд цэнэгтэй бөөмс, электрон - түүний эцэг эх ба тээвэрлэгч байдаг. VDB нь электрон дээр "сууж", түүнийг хөдөлгөөнд оруулдаг. Зөвхөн VDB болон түүний эцэг эх, тээвэрлэгч нь бие биенээ орхиход л тэдний үргэлжлэл нь электрон ба VDB-ийн хөдөлгөөний чиглэлийг өвлөн авсан фотон болж хувирдаг. Тиймээс бид радио долгионоос ялгаатай нь энгийн эсвэл хамгийн ухаалаг зохион бүтээсэн осциллятор нь VDB болон фотон үүсэхэд ямар ч үүрэг гүйцэтгэдэггүйг бид харж байна. Байгаль нь энгийн, прагматик, оновчтой үйлдэл хийсэн: фотон бүрийг осциллятороор хангаагүй. Энэ нь VDB болон фотон бүр нь бие даасан байдаг гэдгийг хязгаарласан: тэдгээр нь өвөрмөц долгионы урттай байдаг. Тиймээс фотоны хоёрдмол утгагүй хэмжээ. Тиймээс тэдгээрийг осциллятороор тоноглох шаардлагагүй. Эцсийн эцэст энэ нь зөвхөн фотоны давтамжийг мэдэх шаардлагатай байсан хүн юм. Тиймээс долгионы урт ба давтамж нь гэрлийн хурдаар онцгой хамааралтай тул түүнийг тооцоол. Иймээс VDB ба фотон ба тэдгээртэй холбоотой байгаль дээрх радио долгионы хоорондох хоёр дахь бөгөөд чухал ялгаа нь фотон ба VDB-д осциллятор шаардлагагүй байдаг.

Үүнийг саяхныг хүртэл бодож байсан бөгөөд зөв гэж бодож байсан боловч бүх тохиолдолд биш, Байгаль өөрөө үүгээр хязгаарлагддаг (доороос үзнэ үү).

Гуравдугаарт. Фотон ба VDB нь радиаль байдлаар тархдаггүй, харин бүх нийтийн зайг туулах хугацаандаа хэмжээсээ хадгалдаг. Энэ нь тэдний "төхөөрөмж" -д Байгаль нь чангалах механизм болох "цагираг" эффектийг оруулсантай холбоотой юм. Энэхүү агшилтын эффектийн үндэс нь соронзон урсгалын квант хэлбэрийн нэгэн төрлийн "саваа" (дөрөв дэх ялгаа) гэдгийг физикчид мэддэггүй байв. Түүний соронзон орон нь олон мянган Тесла (санаж байна уу: П.Л. Капица дэлбэрэлтийн тусламжтайгаар 50 орчим Тесла хүрч чадсан).

Чухам эдгээр шинж чанарууд (бусад байдаг) нь фотоныг бөөмс, бөөмс шиг харагдуулдаг. Ийм квант соронзон урсгалтай цахилгаан соронзон долгион үүсэх нь бөөмсөөс өөр зүйл биш юм. Гэсэн хэдий ч энэ нь бөөмс биш, харин тороид солитон хэлбэрийн долгион юм.Энэ нь ямагт нэг квант соронзон урсгалыг агуулдаг бөгөөд векторын потенциалын гадаргуугийн олон эргэлтээр хаалттай (чангалагдсан). Иймээс VDB болон фотоны аль алиных нь соронзон ба цахилгаан орон нь үргэлж бие биедээ перпендикуляр байдаг нь Максвеллийн электродинамикийг баталж байна. Нэг талаас VDB ба фотонуудын ялгаа, нөгөө талаас радио долгионы ялгааг ,-д илүү бүрэн харуулав.

Бүх солитонууд нь корпускулуудтай төстэй их бага (цунами) байдаг. Тэднийг урласан орчин нь эзэлхүүнээсээ урсдаггүй, харин хадгалагдан үлддэг. Энэ бол өөр нэг ялгаа юм. Чадварлаг тамхичин эсвэл Вудын хайрцагнаас эсвэл Этна уулын тогооноос гаргаж авсан утааны цагиргийг хараарай.

Ухрах. Магадгүй цунамигийн "бие" -д, үүссэн газраасаа цацрагаар тархаж, олж авсан усны масс (эзэлхүүн) нь онолын хувьд хадгалагдан үлдсэн боловч өөрчлөгдсөнтэй холбоотой байж болох юм. хэмжээ(2πR, R нь цунами үүсэх эх үүсвэрээс зай) багасч, "пончик" -ын зузаан нимгэн болно. 2004 оны 12-р сард болсон цунами нь урт (100 гаруй км) шугаман хагарлын улмаас үүссэн тул жингээ хасаж амжаагүй "пончик" -ын шугаман хэсгийн зузааныг бууруулж, улмаар бүх Индонезийн хүн ам шигүү суурьшсан эрэг рүү бараг анхны сүйрлийн хүч. Энэ нь цунами нь "пончик" -ийн бараг шулуун хэсэг хэлбэрээр хөдөлж, эрчим хүчээ алдаагүй, эрэг, хуурай газар руу километрийн зайд тархаж, хатуу, уян хатан резинэн босоо ам шиг сүйрлийн цохилт өгчээ. пончикийн зузаанаас шалтгаалан голчлон диаметрээ хадгалдаг.

Фотон нь хурдны вектор руугаа хавтгай (перпендикуляр) хөдөлж эсвэл тархдаг, өөрөөр хэлбэл. торойд тэнхлэгийн дагуу. Радио долгион нь оч завсарын тэнхлэгээс радиаль байдаг гэдгийг танд сануулъя. Фотон нь энергийн квант ба соронзон урсгалын квант бөгөөд векторын потенциалын олон эргэлтээр пончик тороид хэлбэрт шилждэг бөгөөд тодорхой үүссэн геометр, улмаар хэмжээ бүхий корпускуляр соленоид юм. Тороид фотоны хэмжээ нь пончикийн биеийн хоёр хөндлөн зузаан, электроноос үлдсэн нүхний диаметрийн нийлбэр юм гэдгийг нэн даруй хэлье. Эхлээд электрон (цэнэглэгдсэн бөөмс) байсан тул VDB нь нүх, электронгүйгээр оршин тогтнох боломжгүй юм. Аль (цэнэг) хөдөлж эхэлсэн эсвэл аль хэдийн хөдөлж байсан.

A = (mc/e) v (1)

мөн өмнө нь де Бройль өөрийн нэрийн долгионы уртыг олж авсан.

λ = (h/mv), (2)

бидэнд байна (доорх томьёог вектор тэмдэггүйгээр бичсэн)

λA = (hc/e) (3)

λ = (hc/eA), (4)

харин -д (1)-ээс тогтоогдсон ба mcv = eA = E = hν хамаарал

λ = hc/(hν), (6)

Энд (hν) нь фотоны энергийн квант юм. (6)-д хаалт нээх шаардлагагүй: энд тооцоололд шаардлагатай шалгуурууд байдаг - фотоны энергийн квант эсвэл VDB. Эцсийн эцэст бид энерги нь өгөгдсөн (hν) фотоны хэмжээний тухай ярьж байна. Зөвхөн цэвэр арифметик л үлддэг. Фотон ба VDB-ийн Z хэмжээ нь тэнцүү байна

Z = 4(λ/2π) + нүхний диаметр (6Z)

Хэд хэдэн жишээ хэлье.

Жишээ No 1. Де Бройль болон 511000 эВ магнитудын гамма квантын фотоны долгионы урт хэд вэ? Ийм хоёр гамма квант электрон ба позитроныг устгах гэж нэрлэгддэг үед ялгардаг. Үнэн хэрэгтээ атомын болон молекулын ионуудын рекомбинацын нэгэн адил материаллаг бөөмсийг хадгалах замаар хоёр эсрэг цэнэгийн ионуудын жинхэнэ рекомбинац үүсдэг. Хэмжээ, массын хувьд тэдгээр нь дан болон тав ба түүнээс дээш тооны дараалалд байдаг тул ионы статусаа алддаггүй. Энэ нь алдагдаагүй, хадгалагдан үлдсэн байдаг.

Одоо бид олж авсан томъёог (6) ашиглана. Гэхдээ тоон тооцоололд өртөхгүйн тулд Эйнштейний хэлснээр устгалын үед электроны бүх масс (позитрон) энерги болон бидний өгсөн 0.511 МэВ-ийн гамма квант руу "хувирдаг" гэж үздэг. өөрөөр хэлбэл 0.511 МэВ = m e c 2. Энэ тоон утгын яг баруун талыг (m e c 2) хуваарьт (6) орлуулъя. Бид авдаг Комптон электрон долгионы урт

λ e = h/m e c = 2.426 310 58* 10 -10 см (7)

Гэхдээ энэ бол де Бройль долгион, тиймээс фотон юм. Үүний зэрэгцээ тэдний хэмжээ (6Z).

Бид зөрчилдөж байна.Үнэн хэрэгтээ энэ нь мэдэгдэж байгаа, эцсийн эцэст, гэж нэрлэгддэг хамт. устаж үгүй ​​болоход электрон ба позитрон хоорондоо мөргөлдөж дамббелл диполь (e+e-) үүсгэдэг бөгөөд түүний хэмжээ нь электроны сонгодог радиусаас хоёр дахин их гэгддэг.

R e = e 2 /mc 2 (8)

Энэ бол мөргөлдөх (рекомбинац) үед электрон ба позитрон ойртож, энэ дарагдсан төлөвт үлдэх хамгийн бага зай юм. Тэд бие биентэйгээ зууралдсан бололтой.

R e = α 2 a o = 2.817 940 92 *10 -13 см, (9)

Үүнд 0 =0,529 177 249*10 -8 см – Бор радиус, энэ нь цөмд хамгийн ойр орбитын радиус юм.

(7) ба (9)-ийн харьцуулалт нь гурван шатлалаар ялгаатай болохыг харуулж байна. Гэхдээ энэ хоёр тохиолдолд бид электрон ба позитроны рекомбинацын тухай ярьж байна.

Юу болсон бэ? Баримт нь мөргөлдөх (устгах) үед электрон ба позитрон нь үнэндээ ялгардаг тус бүр нь 0.511 МэВ хоёр гамма квант хэлбэрээр энерги болж хувирдаггүй, харин дамббелл (e+) хэлбэрээр диполь үүсгэдэг. д-) зай (8) ба (9)-ээр тусгаарлагдсан цэнэгтэй. Тэгээд тэр Дирак далайд "шумбаж", "хар материйн" хязгааргүй торны зангилааны нэг болдог. Электрон ба позитроны массыг энерги болгон хувиргахгүйн тулд энэ хос (бие биенээсээ "хязгааргүй" зайд) хангалттай (яг шаардлагатай хэмжээгээр) Кулоны энергитэй болохыг (8) нотолж байна.

Мөн (7)-д де Бройль ба гамма квант болж хувирсан фотонуудын долгионы урт 0.511 МэВ-ийг өгөв. Иймд (9) нь бөөмс, электрон, позитроны хэмжээ, тэдгээрийн VDB-д үүсгэж, түүнээс гарахдаа үлдээдэг нүхний хэмжээ, (7) нь тэдний де Бройль долгион ба үүний дагуу фотонуудын урт юм.

Позитронтой мөргөлдөх үед электрон ямар хурдтай байдаг бол гэж би гайхаж байна.тэдгээр. Тэднийг устгах гэж нэрлэгддэг мөчид? Мэдэгдэж байгаагаар фотон эсвэл гамма квантуудын импульс нь томъёогоор тодорхойлогддог

M e v = E/c (*)

Бид энергийг мэддэг: E = 0.511 MeV = m e c 2 (*) -д орлуулж, v = c авна. Бид онцлон тэмдэглэв: V = C. Электрон гэрлийн хурдад хүрсэн бөгөөд түүний масс ямар ч байдлаар өсөөгүй. Энэ нь галактик дахь олон нийтийн гэрэлтүүлэгчээр яг ижил (яг 0.511 МэВ) гамма квантуудын цацрагаар нотлогддог. Ямар ч хазайлт байхгүй.

Жишээ No 2. Протоны цэнэг позитроны цэнэгтэй ижил байдаг нь мэдэгдэж байна. Ийм бодол төрж байна Комптон электрон урт(мөн энэ нь VDB-ийн хэмжээ юм) нь тойрог замын электроны энергийн түвшинд тохирч байх шиг байна, устөрөгчийн цөм дээр унахдаа радиусын тойрог замыг олж авсан юм шиг байна (7). Үүнд n = 0 оноо өгье.

Хамгийн гол нь одоо ерөнхийдөө хүлээн зөвшөөрөгдсөн квант тоонь n = 1,2.3,4,5, бүхэл тоонуудын дараалал юм. Тиймээс бид онолын хувьд байдаг гэж хэлээгүй Тэгээдn = 0. Мөн энэ нь маш чухал юм !!! Гидриноны санааг дэмжигчдийн хувьд.

Гэхдээ устөрөгчийн атом дахь электрон цөм дээр, протон дээр унахгүй, электрон цөмд баригддаггүй. Яагаад? Тийм ээ, учир нь устөрөгчийн атомыг дээр дурьдсантай адил аргаар "устгах"-ыг байгаль зөвшөөрч чадахгүй. Устөрөгчийн атомууд, эсвэл илүү нарийвчлалтайгаар, тэдгээрийн протоны цөмүүд нь барилгын материал, тоосго бөгөөд тэдгээрээс байгаль нь Менделеевийн үечилсэн системийн улам бүр нарийн төвөгтэй элементүүдийг барьж байгуулж байна. Протонууд (p + e-) = n болж хувирах эрхгүй. Тэгэхгүй бол Их тэсрэлт ч, Хиггс бозонууд ч, өөр юу ч тус болохгүй байсан. Орчлон ертөнц үүсэхгүй байх байсан. Ийм үр дүнд хүрэх боломжгүй учраас орчлон ертөнц оршдог. Үүнтэй ижил шалтгаанаар спектр судлаачид бидний оруулсан n = 1-ээс n = 0 хүртэлх устөрөгчийн спектрийн шугамыг хэзээ ч олж чадаагүй гэж үздэг. Гидрин үүсэхгүй.

Хар матери нь электродинамикийн үйл ажиллагаа болон бусад зүйлсийг гүйцэтгэдэг. Харанхуй матери нь нуклон, бөөмийн нэг төрлийн барилгын материалын үүрэг гүйцэтгэдэг байж магадгүй юм. Орчлон ертөнцийн бараг зуун хувь нь устөрөгч ба гелиээс бүрддэг. Тэгээд бүх зүйл далайн шуурганд эргэлдэж, оддын цөмийн тогоонд шатаж, дэлбэрч, хар нүхэнд шингэж, дахин төрдөг. Хэрхэн яаж үүссэн нь үл мэдэгдэх амьдрал ч гэсэн үүсч, хөгжиж, тархаж, оюуны өндөр оргил, оргилд хүрч, улмаар хадгалагдан үлддэг. Учир нь гэрлийн оптик хүрээ (мөн БУРХАН: ГЭРЭЛ БАЙЦГАЙ!!!) нь Rydberg 13.6 eV-ээр хязгаарлагдаж байгаа юм шиг санагддаг.

Жишээ №3. Устөрөгчийн атомын үндсэн хөдөлгөөнгүй тойрог замд электроны де Бройль долгионы энергийн квант утгыг тодорхойлъё, өөрөөр хэлбэл. for n = 1. Үүнийг хийхийн тулд бид (4) эсвэл (5) томъёог ашигладаг. Байг (5)

Бид олсон томъёо (1)гүйгээр хийж чадахгүй. (1) дэх v-г v = c/137 = αс гэж солицгооё

hν = mc 2 /137 = αmc 2 (10)

(10)-ын баруун талд байгаа тоологч нь 511,000 эВ-ийн энергийн кванттай тохирч байгаа тул бид олж авна.

hν = (511000 /137)эВ (10а)

Энэ нь (слайд дүрмээр) ойролцоогоор 3730 эВ байх болно. Тэгээд түүнээс хойш,

A = (emc/ ћn), (11)

Дараа нь n = 2 үед электрон ба түүний VDB-ийн энергийн түвшин ойролцоогоор 1865 эВ болж буурна. Харин дараа нь утгагүй, шал утгагүй зүйл болж хувирдаг!!!??? Тэгээд давтан хэлье. Устөрөгчийн атомын цацрагийн спектрт ийм энерги байдаггүй. Устөрөгчийн атомын бүх спектрийн хүрээ, i.e. түүний бүх иончлолын энерги нь

R∞ = 13.605 6981 эВ. (12)

Юу болсон бэ? Үүнийг давтамжтайгаар харьцуулж үзье.

VDB нь n = 1 цэгт чөлөөтэй хөдөлж, тойрог замд электроныг орхих үед үүсэх фотон ба де Бройль долгионы давтамжийг (энергийн квантуудтай тэнцэх) илэрхийлье. Тэдгээрийг дараах байдлаар тэмдэглэе: ν λ.

ν λ = (с/λ) = (mce 2 /hћ) = c/2πr (13)

Давтамж нь секундэд электроны эргэлтийн тоотой тэнцүү байгааг харахад хялбар байдаг.

Ридбергийн ν∞ давтамжийг ижил аргаар төлөөлүүлье

ν ∞ = cR = c(me 2 /4πћ 3 c) = e 2 /4πћr (14)

(13)-аас (14) харьцаа нь тэдгээрийн үндэс суурь нь хэмжээнээсээ эрс ялгаатай эрчим хүчний арсенал дээр суурилдаг болохыг харуулж байна.

(ν λ / ν ∞) = 2.137 = 2/α (15)

Одоо (10a)-г (15)-д хувааж, устөрөгчийн атомын иончлолын энергийг 13.6 эВ-ийг авъя.

Би энэ талаар толгойгоо ороож чадахгүй байна.

Гэсэн хэдий ч эхний дүгнэлт нь: чөлөөт ба үндсэн төлөвийн электрон, түүний эцэг эх ба тээвэрлэгч (VDB, электрон орхисон эсвэл түүнийг орхисон) VDB алга болсны улмаас үүссэн фотон ба VDB хоёулангийнх нь давтамж. зарчмын хувьд энергийн арсенал дээр суурилсан бөгөөд энэ нь устөрөгчийн атомын спектрийн муж дахь фотонуудын энергийг 2.137 = 2/α дахин ихэсгэдэг.

Анхаарна уу. Интернетээс "Фотон гэж юу вэ?" (Тэндээс би физикчдийг фотоны хэмжээ гэж юу вэ гэсэн асуултад санаа зовж байдгийг мэдсэн) ямар нэгэн байдлаар би Ф.М.Конаревын "Нилс Борын буруу ойлголт" нийтлэлийг олж уншлаа.

Ф.Конарев 1993 онд энэ утгагүй явдалтай тулгарсан нь тодорхой болсон. Гэхдээ тэр илүү гүн ухаагүй тул доод тойрог замд байрлах электроны энергийн бондыг (n = 1) тодорхойлж чадаагүй бололтой: "Электронын бондын энерги E 1 (цөмтэй - VM, доороос харна уу) байх үед энэ атомын эхний энергийн түвшинд устөрөгчийн атомын иончлолын энерги E J, өөрөөр хэлбэл E 1 = Ej = 13.60 eV байна. Электрон 10.20 эВ энергитэй фотоныг шингээж энергийн 2-р түвшинд шилжихэд түүний цөмтэй холбогдох энерги багасч 3.40 эВ-тэй тэнцэнэ. Мэдээжийн хэрэг, фотоныг электрон шингээх үед тэдгээрийн энерги нэмэгдэж, бид бичих ёстой ...: 13.60 + 10.20 = 23.80 (28).

Мөн спектр нь 3.40 эВ өгдөг. Бидний харж байгаагаар тэрээр, Конарев, гадаад фотон нь үндсэн энергийн түвшний электронд нөлөөлөх үед логикгүй энергийн тэнцвэрийг даван туулж чадаагүй бөгөөд тэрээр "уур хилэн" болжээ.

Түүний хэд хэдэн онолын тооцоог орхигдуулж, ууртай байгааг сонсъё:

“Гайхалтай баримт. Бараг зуун жилийн турш бид атом дахь электрон нь нарыг тойрон гариг ​​шиг цөмийг тойрон эргэдэг гэдэгт итгэдэг байсан. Харин устөрөгчийн атомын спектрийн томьёоны хууль...(түүний гаргасан, гэхдээ бид эхний талуудтай санал нийлэхгүй байсан тул орхисон - В.М) электроны тойрог замын хөдөлгөөнийг үгүйсгэдэг. Энэ хуульд электроны тойрог замын хөдөлгөөнд тохирох энерги байхгүй бөгөөд энэ нь ийм хөдөлгөөнгүй гэсэн үг юм."

Тиймээс Ф.Канарев Нильс Бор андуурч, улмаар шинжлэх ухаан, хүн төрөлхтөнд хохирол учруулсан гэж үзжээ. Энэ хорин жилийн хугацаанд (1992 оноос хойш) олон хүн түүний шинжлэх ухаан, ертөнцийг үзэх үзлийн тодорхой ололт амжилтыг үндэслэгчдэд өгсөн мэдэгдлийг уншсан бололтой. Тэгээд тэд бас гайхсан. Мөн эдгээр мөрийн зохиогч ч энэ урхинд нүгэл үйлдсэн. Та үүнийг өөр юу ч гэж нэрлэх хүртэл.

Үнэн хэрэгтээ, фотон бүхий үндсэн төлөвийн атом дээр ажиллахдаа бид энэ фотоны энерги нь эхний үндсэн төлөвт байрлах электроны энергид нэмэгддэг гэж үнэндээ итгэж байсан. Гэвч энэ нь тийм биш болох нь тогтоогдсон. Үүнийг тайлбарлаж болно: электрон энэ энергийн түвшинд хүрсэн нь зөвхөн өмнө нь өдөөгдсөн устөрөгчийн атомын спектрийн цацрагийн нөлөөгөөр биш, харин спектрийн бүсийн энергийн өөрчлөлтөөс үүдэлтэй юм. Тэрээр гаригууд нар, оддын үүрэнд ордогтой ижил аргаар тэнд хүрдэг. Гариг эхэндээ кинетик энергиээрээ бие даасан байсан гэж бодъё, тэгээд нарны таталцлын бөмбөрцөгт унах үед түүний кинетик энерги болох гараг нарны түрэмгий хүчийг даван туулахад хүрэлцэхгүй байсан нь тогтоогджээ. Тэгээд тэр магадгүй илүүдэл энергитэй баригдсан. Энэ тохиолдолд устөрөгчийн атомын хувьд ийм байна. Илүүдэл кинетик энерги байгаа боловч эгзэгтэй хэмжээнээс хоёр дахин бага байна.

Гэсэн хэдий ч энд нэг зүйрлэл бий: устөрөгчийн атом нь протон-цөм ба электроноос бие биенээсээ хамааралгүй, үүн дээр суудаг де Бройль долгионоос үүсдэг. Түүгээр ч барахгүй энэ хос, электрон ба түүний VDB аль хэдийн тэнцүү кинетик энергитэй байсан

α.0.511 МэВ = ~3730 эВ

n = 1 тойрог зам дахь электроны энэ энергийн төлөвийг (түвшин) үндсэн төлөв гэж нэрлэдэггүй. Энэ нь хамгийн гол нь бүсүүдийг түвшингээр тусгаарлах бараг давшгүй хилийн үүрэг гүйцэтгэдэгТүвшинтэй бүсээс n = 0.1n = 2,3,4,…Эдгээр бүсэд VDB болон фотон үүсэх, оршин тогтнох хуулиуд нь үндсэндээ ялгаатай байдаг. Устөрөгчийн атомын спектрийн бүсээс гадна электроны кинетик энерги нь e-ээр үржүүлсэн (11) хуульд захирагдана.

EA = (hν) = mc(e 2 / ћn) = mcv, (16)

тэдгээр. үндсэн квант тоотой урвуу харьцаагаар буурах ба спектрийн бүсэд (n = 2,3,4,...) - Ридбергийн хуулийн дагуу, өөрөөр хэлбэл. (1/n 2).

Эрчим хүчний арсеналууд хэр ялгаатай болохыг дээр дурдсан бөгөөд үүний үндсэн дээр VDB ба фотон үүсэх (эхний бүсэд), спектр үүсэх (хоёр дахь бүсэд) физик процессууд явагддаг. Байгаль нь амьдрал үүсэх, цэцэглэн хөгжихөд зориулагдсан энергийн арсеналыг түүний амьгүй хэсгийн энергийн арсеналаас тусгаарласан юм шиг байна.

Хэрэв чөлөөт электроныг протоноор барихаас өмнө үндсэн (богинохон гэж нэрлэе) бүс дэх VDB ба фотонууд тороид (пончик) хэлбэрээр үүссэн бол спектр дэх VDB болон фотонуудын хэлбэрийн талаар бүс - энэ зүйрлэлийг шаардах эсвэл үгүйсгэх ямар ч шалтгаан байхгүй. Эцсийн эцэст, эрчим хүчний хувьд тэд 2.137 (15) дахин бага байгаа нь харагдаж байна, гэхдээ энэ нь де Бройль (2) болон бидний (6) томъёоны дагуу тэдгээрийн хэмжээсүүд хэд дахин том гэсэн үг юм. Энэ нь спектрийн муж дахь фотонуудын хэлбэрийг бид тодорхой мэдэхгүй гэсэн үг юм. Атомд энергийн хуваагдал ба соронзон урсгалын анхны квант хэрхэн явагддагийг бид бас мэдэхгүй. Эдгээр метаморфозын физик механизм нь бидэнд тодорхойгүй байна.

АШИГЛАСАН ЭХ ҮҮСВЭР

1. АЛЕНИЦИН А.Г., БУТИКОВ Е.И., КОНДРАТИЕВ А.С. Физик-математикийн товч лавлах ном, М, “Шинжлэх ухаан”, 1990;

2. Мантуров В.В. Кристал нуклон ба цөмөөс эхлээд анхны тооны тархалт хүртэлх уусмал хүртэл M, 2007;

3. Мантуров В.В. Цөмийн хүч. Шийдлийн санал, Залуучуудын техник, 2006 он;

4. Мантуров В.В. Вектор потенциалын талаар хэдэн үг хэлье;