Презентация по физике для 11 класса на тему Квантовая теория электромагитного излучения

КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРЕЗЕНТАЦИЯ ТЕМЫ ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – электромагнитное излучение, испускаемое нагретыми телами за счёт своей внутренней энергии. АБСОЛЮТНО ЧЁРНОЕ ТЕЛО – тело, поглощающее всю энергию падающего на него излучения любой частоты при произвольной температуре. СПЕКТРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СВЕТИМОСТИ rυ – энергия электромагнитного излучения,испускаемого за единицу времени с единицы площади поверхности тела в единичном интервале частот. Единица спектральной плотности энергетической светимости – джоуль на квадратный метр(1Дж/м2). Энергия теплового излучения чёрного тела зависит от температуры и длины волны. Единственной комбинацией этих величин с размерностью Дж/м2 является kT/λ2 (λ=с/υ). Точный расчёт был проделан Релеем и Джинсом в 1900 г. rυ = 2π · υ2/c2 · kT ,k- постоянная Больцмана Это выражение согласуется с экспериментом лишь в области малых частот,а для больших частот формула неверна,она резко расходится с экспериментом. Это расхождение получило название «ультрафиолетовой катастрофы». Решение проблемы предложено в 1900 г. М. Планком. КВАНТОВАЯ ГИПОТЕЗА ПЛАНКА Энергия излучения и его частота связаны друг с другом.Излучение электромагнитных волн атомами и молекулами происходит дискретно, т.е.отдельными порциями – квантами.Энергия излучения кванта прямо пропорциональна частоте излучения: E=hυ где h=6,62·10-34 Дж·с – постоянная Планка ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Закон смещения Вина : λmT=в в =3000мкм·К – постоянная Вина произведение длины волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости чёрного тела, на его температуру есть величина постоянная.Закон Стефана – Больцмана : RT =σ Τ4 σ = 5,67·10-8Вт/м2К4 – постоянная Стефана – Больцмана интегральная светимость абсолютно чёрного тела зависит только от его температуры. ФОТОН – микрочастица, квант электромагнитного излучения. Энергия фотона пропорциональна частоте электромагнитного излучения : E=hυ Фотон – энергетически нейтральная частица, т.е. q=0Скорость фотона во всех системах отсчёта равна скорости света в вакууме: v=сМасса покоя фотона m0=0Фотон обладает импульсом: Р = h ∕λ ФОТОЭФФЕКТ Открыт в 1887г.Г.Герцем, исследован А.Г.Столетовым, В.Гальваксом и А.Риви.Явление фотоэффекта объяснено Эйнштейном в 1905 г.Фотоэффект – явление вырывания электронов из твёрдых и жидких веществ под действием света. ЗАКОНЫ ФОТОЭФФЕКТА Фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света, падающего на катод.Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна частоте света и не зависит от его интенсивности.Для каждого вещества существует минимальная частота света, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен. Явление фотоэффекта и его законы были объяснены на основе квантовой теории света. УРАВНЕНИЕ ЭЙНШТЕЙНА ДЛЯ ФОТОЭФФЕКТА (ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ) hυ═Авых+meV2 ∕ 2 Энергия фотона идёт на совершение работы выхода и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии. meV2 ∕ 2 = eUз Авых – работа выхода - минимальная работа, которую нужно совершить для удаления электрона из металла. КРАСНАЯ ГРАНИЦА ФОТОЭФФЕКТА υmin= Авых ∕ h λmах =сh ∕ Авыхυ min – предельная частота, ниже которой фотоэффект невозможен. ФОТОЭФФЕКТ НАБЛЮДАЕТСЯ ПРИ:υ > υminλ < λmах Корпускулярно – волновой дуализм – проявление в поведении одного и того же объекта как корпускулярных, так и волновых свойств. Фотоны – особые микрочастицы, энергия и импульс которых выражаются через волновые характеристики.Дифракция, интерференция – волновые свойства.В 1909 г. Д.Тэйлором был проведён опыт по наблюдению дифракции. E=hυ Р = h ∕λ ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА ЧАСТИЦ.1923 г. – гипотеза Луи де Бройля.Корпускулярно – волновой дуализм является универсальным свойством любых материальных объектов.Любой частице, обладающей импульсом Р, соответствует длина волны де Бройля: λБ=h ∕ Р 1927 г. – Джозеф Томсон обнаружил волновые свойства электронов.1949 г. – Фабрикант, Бибермон, Сушкин провели опыт по дифракции электронного пучка предельно малой интенсивности. Соотношение неопределённостей Гейзенберга. Δy ΔРy ≥ h Произведение неопределённости координаты частицы на неопределённость её импульса не меньше постоянной Планка.Δ EyΔt ≥ h Чем меньше время частица пребывает в некотором состоянии, тем меньше определённа её энергия. СТРОЕНИЕ АТОМА В 1910 – 1911 гг. Резерфордом был проведён опыт, показавший, что в центре атома расположено положительно заряженное атомное ядро, вокруг которого вращаются под действием кулоновских сил притяжения отрицательно заряженные электроны. ПОСТУЛАТЫ БОРА 1.В устойчивом атоме электрон может двигаться лишь по особым, стационарным орбитам, не излучая при этом электромагнитной энергии.2.Излучение света атомом происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией. ПОГЛОЩЕНИЕ И ИЗЛУЧЕНИЕ СВЕТА АТОМОМ. Излучение света атомом энергия излучённого фотона равна разности энергий стационарных состояний hυkn=Ek-EnПоглощение света атомом переходы в первое возбуждённое состояние с верхних уровней образуют серию Бальмера, наблюдаемую в видимом свете. ВИДЫ ИЗЛУЧЕНИЙ. Тепловое излучение Люминесценция Триболюминесценция Хемилюминесценция Электролюминесценция Фотолюминесценция СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ Линейчатый спектр – спектр излучения, состоящий из отдельных узких спектральных линий различной интенсивности. Спектральный анализ – метод определения химического состава и других характеристик вещества по его спектру. ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА Спонтанное излучение- излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое.Индуцированное излучение – это излучение атома, возникающее при переходе его на более низкий энергетический уровень под действием внешнего электромагнитного излучения. ЛАЗЕРЫ ОСОБЕННОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ: 1. обладает исключительной монохроматичностью и когерентностью 2. пучок света лазера имеет очень малый угол расхождения 3. это наиболее мощный искусственный источник света