Экспериментальные основы квантовой физики

Таким образом, разрешающая сила дифракционной решетки растет прямо пропорционально полному числу щелей решетки и порядку наблюдаемого спектра.

Использование спектров большого порядка затруднительно в силу быстрого уменьшения их интенсивности в соответствии с формулой (8.9).Ограничение сверху на максимальное число щелей решетки связано с технологиями изготовления дифракционных решеток. Кроме дифракционных решеток, работающих на пропускание, применяются дифракционные решетки, работающие на отражение. В этом случае падающее на решетку излучение рассеивается на периодической системе канавок (штрихов), расположенных на поверхности экрана и наблюдается многолучевая интерференция лучей, рассеянных под одним углом θ. Интерференционная картина формируется в пределах углов эффективного рассеяния отдельного штриха. Положения наблюдаемых главных максимумов и их угловая ширина по-прежнему описываются формулами (8.15) и (8.19), а разрешающая сила — выражением (8.24), где N— полное число штрихов.

Хорошие современные дифракционные решетки имеют, что позволяет для излучения видимого диапазона измерять длину волны с абсолютной погрешностью

что примерно в 16 раз меньше диаметра атома водорода. Следует отметить, что в современной физике используются спектральные приборы, измеряющие длину волны с абсолютной погрешностью м и меньше. С такой точностью в современной метрологии необходимо измерять длину волны излучения стабилизированного гелий-неонового лазера, который используется в государственном стандарте единиц длины, времени и частоты.

Тема 4. Квантовая физика

Лекция №9

Экспериментальные основы квантовой физики.

Квантовые свойства электромагнитного излучения

1. Равновесное тепловое излучение.

2. Квантование энергии гармонического осциллятора. Постоянная Планка. Формула Планка для спектральной плотности энергии равновесного теплового излучения.

3. Внешний фотоэффект и его законы.

4. Фотоны электромагнитной волны. Энергия фотона. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Работа выхода. Красная граница фотоэффекта.

5. Рассеяние электромагнитной волны на свободных электронах.

6. Эффект Комптона. Импульс фотона. Формула Комптона.

Комптоновская длина волны электрона.

7. Основные свойства фотонов.

8. Корпускулярно-волновой дуализм в описании электромагнитного поля.

Классическая физика базируется на представлении о том, что материя существует в двух, несводимых друг к другу формах: 1) дискретных частиц вещества; 2) непрерывных в пространстве и времени физических полей, посредством которых осуществляется взаимодействие между частицами в теории близкодействия. Фундамент классической теории образуют законы Ньютона, описывающие движение частиц, законы термодинамики и статистической физики, определяющие закономерности поведения систем из большого числа взаимодействующих частиц, и система уравнений Максвелла, которым починяются электромагнитные явления как в вакууме, так и в среде.

Опыт показывает, что законы классической физики с необходимой точностью описывают движение макроскопических тел и физические процессы, протекающие в достаточно больших пространственно-временных областях. Следует отметить, что данное утверждение не имеет абсолютного характера и справедливо лишь в целом, допуская такие макроскопические исключения как сверхпроводимость, равновесное тепловое излучение, электрические свойства кристаллов и т. д.

Экспериментальные исследования свойств материи на микроуровне, где характерный пространственный масштаб , а также процессов взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, выявили ограниченную применимость представлений и законов классической физики. На рубеже XIX и XX веков был открыт целый ряд эффектов, понимание и количественное описание которых потребовали создание более фундаментальной теории – квантовой, которая в определенном смысле включает в себя классическую теорию как предельный случай.

Перечислим некоторые основные экспериментальные результаты, которые привели к разработке новой квантовой физики в первой четверти XX века. Были открыты:

1) внешний фотоэффект, заключающийся в вылете электронов с поверхности металлов под действием света (открыт в 1887 году Г. Герцем и подробно исследован экспериментально в 1888-1889 гг. А. Г. Столетовым и Ф. Ленардом);

2) рентгеновское излучение, представляющее собой электромагнитные волны со сверхкороткими длинами волн в диапазоне длин волн , открытое К. Рентгеном в 1895 г.;