ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 38
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Эффект Комптона
Эффект Комптона – упругое рассеяние электромагнитного излучения на слабосвязанных электронах в так называемых легких веществах (парафин, уголь, бор), сопровождающееся увеличением длины волны .
Схема опыта Комптона
В эффекте Комптона проявляются корпускулярные свойства электромагнитного излучения. Согласно клас. волновой теории, длина световой волны при прохождении света через вещество не меняется.
Монохроматические рентгеновские лучи, создаваемые рентгеновской трубкой, проходят через диафрагмы и узким пучком направляются на легкое рассеивающее вещество. Лучи, рассеянные на угол , регистрируются приемником рентгеновских лучей – рентгеновским спектрографом.
В эффекте Комптона происходит упругое столкновение двух частиц – падающего фотона и покоящегося электрона.
При столкновении выполняются законы сохранения энергии и импульса:
Эффект Комптона
Фотон передает часть своей энергии и импульса электрону и меняет свое направление движения (рассеивается). Уменьшение его энергии приводит к увеличению длины волны рассеянного излучения. Электрон, получив энергию, начинает движение – испытывает отдачу.
энергия падающего фотона
энергия покоя электрона
энергия рассеянного фотона
энергия электрона после столкновения с фотоном
Согласно закону сохранения импульса:
Эффект Комптона
импульс падающего фотона
импульс электрона после столкновения с фотоном
импульс рассеянного фотона
Разность длин волн зависит только от угла рассеивания. Максимальное изменение длины волны наблюдается при рассеянии в направлении, противоположном первоначальному.
- длина волны Комптона
Эффект Комптона
- угол рассеивания
м/с
Решая совместно эти уравнения, получим
- const Планка
- масса покоя электрона
м
В 1927 г. Артур Комптон получил за это открытие Нобелевскую премию.
Артур Холли Комптон
(1892-1962г.), американский физик
Взаимодействие света с веществом
Поглощение, отражение, пропускание света. Дисперсия
Поглощение света
- интенсивности световой волны на входе и выходе из вещества толщиной x
α - показатель поглощения среды, который зависит от хим. природы и состояния вещества, а также от длины волны падающего света и не зависит от его интенсивности.
Явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе, происходящее вследствие преобразования энергии волны во внутреннюю энергию вещества или в энергию вторичного излучения, имеющего другой спектр и другие направления распространения.
- закон Бугера-Ламберта
При
Показатель поглощения обратен такой толщине образца x, при прохождении которой интенсивность убывает в e=2,72 раз.
b - const Беера, не зависящая от концентрации
Интенсивность световой волны, прошедшей через разбавленный раствор:
Для разбавленных растворов показатель поглощения пропорционален концентрации раствора c:
- закон Беера
Поглощение света
- закон Бугера-Ламберта-Беера
Закон Бугера-Ламберта-Беера справедлив при следующих предположениях:
1) используется монохроматический свет,
2) молекулы растворенного вещества в растворе распределены равномерно,
3) при изменении концентрации характер взаимодействия между растворенными молекулами не меняется,
4) в процессе измерения не происходят химические превращения молекул под действием света,
5) интенсивность падающего света должна быть достаточно низка (чтобы концентрация невозбужденных молекул практически не уменьшалась в ходе измерения).
Зависимость коэффициента поглощения от длины волны определяет спектр поглощения материала.
Поглощение света
Спектры поглощения – темные линии на фоне непрерывного спектра (возникают при прохождении белого света через холодный, неизлучающий газ).
Спектр поглощения – это совокупность частот, поглощаемых данным веществом.
Спектр поглощения молекул, определяемый колебаниями атомов в молекулах, характеризуется полосами поглощения примерно 10-10-10-7 м.
Коэффициент поглощения для диэлектриков невелик - 10-3-10-5 см-1.
Коэффициент поглощения для металлов имеет большие значения - 103-104 см-1, поэтому металлы практически непрозрачны для света.
Поглощение света
Различают следующие спектры поглощения:
Линейчатый. Наблюдается у разреженных газов. Представляет собой узкие линии поглощения.
Полосатый спектр поглощения обычно наблюдается у молекул в конденсированном состоянии.
Сплошной спектр поглощения наблюдается у конденсированных веществ. Он характеризуется отсутствием структуры.
Дисперсия света
(лат. dispersio - рассеяние)
Электромагнитная волна, а значит, и световая волна, распространяется внутри вещества с фазовой скоростью .
Фазовая скорость - это скорость распространения определенной фазы волны.
Зависимость фазовой скорости света в веществе от частоты или длины волны падающего на вещество света называется дисперсией света.
или
Дисперсия света
Отношение , т.е. абсолютный показатель преломления среды, показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данной среде. Показатель преломления всех прозрачных сред имеет различные значения для разных длин волн падающего света.
Следствием дисперсии является зависимость показателя преломления от длины волны или частоты падающего света.
Пример дисперсии: разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона).
или
Световые лучи располагаются в спектре по значениям показателя преломления, который для всех прозрачных веществ с увеличением длины волны уменьшается.
Дисперсия света
Зависимость или имеет нелинейный и немонотонный характер.
у света красного цвета фазовая скорость распространения в среде максимальна, а степень преломления – минимальна,
у света фиолетового цвета фазовая скорость распространения в среде минимальна, а степень преломления – максимальна.
Существуют области частот, для которых n увеличивается с ростом частоты (уменьшается с ростом длины волны):
нормальная дисперсия
Например: обычное стекло прозрачно для видимого света, в данном диапазоне частот наблюдается нормальная дисперсия света в стекле.
Дисперсия света
Пример: у обычного стекла аномальная дисперсия обнаруживается в УФ и ИК диапазонах световых волн.
аномальная дисперсия
Если с увеличением частоты показатель преломления уменьшается, дисперсия света называется аномальной:
Явление дисперсии объясняется с помощью электронной теории Лоренца.
взаимодействие ЭМ волны с веществом
Дисперсия света является результатом взаимодействия ЭМ волны с заряженными частицами, входящими в состав вещества. Световая волна заставляет электроны совершать вынужденные колебания, частота которых совпадает с частотой вынуждающей силы. Ускоренно движущиеся электроны излучают вторичные волны.
Эти вторичные волны имеют ту же частоту, что и падающая волна. Вторичные волны интерферируют с падающей волной, в веществе распространяется результирующая волна, направление которой совпадает с направлением падающей волны.
Отражение света
Скорость этой волны зависит от частоты. Значит показатель преломления также зависит от частоты.
Под действием вынужденных световых колебаний периодически изменяются дипольные электрические моменты атомов.
Отражение и пропускание света
Окраска тел в природе
Отражение света – это явление, заключающееся в том, что при падении света из первой среды на границу раздела со второй средой взаимодействие света с веществом приводит к появлению световой волны, распространяющейся от границы раздела в первую среду.
Виды отражения
зеркальное
диффузное
Отражение параллельных падающих лучей от плоской поверхности, при котором все отраженные лучи параллельны.
Отражение параллельных падающих лучей от плоской поверхности, при котором все отраженные лучи не параллельны.
Отражение света
Интенсивность отраженного света зависит от угла падения, поляризации падающего пучка лучей, показателей преломления обеих сред и характеризуется коэффициентом отражения R:
- интенсивность отраженного света,
- интенсивность падающего света.
Если неровности поверхности границы раздела малы по сравнению с длиной волны падающего света, то имеет место правильное или зеркальное отражение.
Если размеры неровностей соизмеримы с длиной волны или больше ее, то отражение называется диффузным.
Коэффициент пропускания T зависит от размеров тела, состояния его поверхности, а также от спектрального состава, поляризации падающего света и угла падения:
- интенсивность света, пропущенного веществом
Пропускание света
Пропускание света – это прохождение света сквозь среду без изменения набора частот составляющих его монохроматических волн и их относительной интенсивности.
Окраска всех прозрачных тел определяется тем, какие длины волн тело лучше пропускает.
Если прозрачное тело равномерно поглощает лучи всех цветов, то в проходящем белом свете оно бесцветно, а при цветном освещении имеет цвет тех лучей, которыми освещено.
При пропускании белого света через окрашенное стекло оно пропускает тот цвет, в который окрашено.
Тела, окрашенные в белый цвет, отражают лучи света разных частот одинаково хорошо.
Окраска тел
Окраска всех непрозрачных тел определяется тем, какие длины волн тело лучше отражает.
Если тело хорошо поглощает падающий на него свет, а отражает и пропускает плохо, то оно черное и непрозрачное (например, сажа).
Тело, для которого коэффициент отражения зеленых длин волн значительно больше коэффициентов отражения других волн, будет зеленым.