Маса та імпульс фотона

Згідно з гіпотезою світлових квантів Ейнштейна світло випромінюється, поглинається і поширюється дискретними порціями, які названі фотонами. Енергія фотона .

Формулу для маси фотона можна безпосередньо вивести з формули, яка виражає взаємозв’язок маси і енергії в теорії відносності:

Маса фотона відрізняється від маси макроскопічних тіл і мас інших „елементарних” частинок. Ця відмінність полягає в тому, що фотон не має маси спокою m₀.

Якщо вважати, що фотон має відмінну від нуля маса спокою, то застосування формули

Тиск випромінювання .

Для абсолютно відбивної поверхні тиск випромінювання вдвічі більший, ніж для абсолютно поглинаючої поверхні .

Тиск сонячного випромінювання (в ясний день) на поглинаючу поверхню, що орієнтована перпендикулярно до променів, приблизно становить .

Отже, світло одночасно має властивості безперервних електромагнітних хвиль і властивості дискретних фотонів. Воно являє собою діалектричну єдність цих протилежних властивостей. Корпускулярні і хвильові властивості світла не виключають, а навпаки, взаємно доповнюють одне одного.

Ефект Комптона
і його теорія

Особливо чітко проявляються корпускулярні властивості світла в явищі розсіяння рентгенівських променів. А. Комптон, досліджуючи у 1923 р. розсіяння монохроматичних рентгенівських променів речовинами з легкими атомами (парафін, бор), виявив, що у складі розсіяного випромінювання, поряд з випромінюванням початкової довжини хвилі λ, спостерігається також випромінювання більшої довжини хвилі λ'.

Схема досліду Комптона зображена на рис. 279. Пучок монохроматичних рентгенівських променів, пройшовши систему діафрагм Д падає на розсіюючу речовину Р і після розсіяння на кут θ попадає в рентгенівський спектрограф С, де вимірюється довжина хвилі розсіюваного випромінювання.

Досліди Комптона показали, що
довжина хвилі розсіяного випромінювання більша за довжину хвилі падаючого випромінювання, причому різниця не залежить від довжини хвилі падаючого випромінювання і природи розсіювальної речовини, а визначається лише величиною кута розсіяння

де - комптонівська довжина хвилі, яка є сталою для всіх речовин.

Розрахуємо тепер кінетичну енергію електрона віддачі:

Із закону збереження енергії

маємо:

Енергія максимальна при :

Якщо електрон сильно зв'язаний з атомом, то при розсіянні на ньому фотона останній передає енергію й імпульс не
електрону, а атому загалом. Маса атома в багато разів більша від маси електрона. Тому атому передається лише незначна частина енергії фотона, так що довжина хвилі розсіяного випромінювання практично не відрізняється від довжини хвилі падаючого випромінювання. Частка електронів, сильно зв'язаних в атомах, збільшується із зростанням порядкового номера елемента і відповідно із зростанням маси атомів. Тому, чим важчі атоми розсіювальної речовини, тим більша інтенсивність незміщеної компоненти в розсіяному випромінюванні.

Ефект Комптона спостерігається не лише на електронах, але і на інших заряджених частинках, наприклад, протонах, але внаслідок великої маси протона його віддача відчувається лише при розсіянні електронів дуже великих енергій.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.