KVANTOPTIKA (1)

Sarnased õppematerjalid

2

doc

Kvantoptika nähtused

Kvant optika nähtused - valguse levimisega ja valguse ning aine (v elementaarosakeste) vastastikmõjuga seotud nähtused, mida on võimalik mõista vaid valguse korpuskulaarse olemuse alusel. Fotoefekt ­ elektronide väljumine ainest valguse toimel. Seda seletatakse footoni neelamisega elektroni poolt, mille tulemusena elektroni energia suureneb sedavõrd, et suudab ainest väljuda. Töö mis kulub elektroni välja löömiseks ainest nimetatakse väljumistööks. Mis toimub? Süsteem: Vaakumis kapslis, kus ei hõlju ühtegi elektrit juhtivat osakest, asetsevad 2 metallist plaati (anood ja katood). Need on ühendatud galvaanomeetriga (voolu tugevuse fikseerimiseks) ja voolu elemendiga (pinge I allikas)

Füüsika

2

doc

Kvantoptika nähtused 2

Kvantoptika nähtused Valguse levimisega ja valguse ning aine või elementaar osakeste vastasmõjuga seotud nähtused, mida on võimalik mõista ainult valguse korpuskulaarse olemuse alusel. Nähtused: # Fotoefekt # Einsteini fotoefekt teoori # Valguserõhk # Comptoni efekt # Fotogeemilised reaktsioonid 1. Fotoefekt ­ Elektronide väljalöömine metallist valguse toimel. (Lisa materjali on Sille käes!) Voolu ei ole, sest G õhutühjas kapslis puuduvad elektrit juhtivad osakesed + G - 2. Einsteini võrrand ­ metallipinnale langeva ja seal neelduva footoni energia (kvandi energia) E kulub elektroni väljalöömiseks metallist (väljumitöö A) ja väljalöödud elektronile kineetilise energi

Füüsika

2

doc

II osa Kvantoptika

5. Millises lainealas on aga elektromagnetvälja kvantidel nii lainelised kui korpuskulaarsed omadused? Valgusel, mille sagedus jääb gamma kiirguse ja raadiolainete vahele, on mõlemad omadused. 6. Millise maailma--mikro- või makromaailma seadused--ja miks kehtivad valguse jaoks? Et valgus tekib aatomite sees, siis on tegu mikromaailmaga, kus kehtivad teised seadused kui makromaailmas. Vasta küsimusele 1 lk. 104. R 19.05.2006 Arvestustöö Kvantoptika T 23.05.2006 Üldine kordamine. Praktikum. Ülesannete lahendamine. R 26.05.2006 Üldine kordamine. Praktikum. Ülesannete lahendamine T 30.05 Üldine kordamine. Praktikum. Ülesannete lahendamine R 02.06 Üldine kordamine. Praktikum. Ülesannete lahendamine. Hinnete panemine. 2

Füüsika

2

docx

Kvantoptika

Kvantoptika Kvantoptika käsitleb valgust, kui footonite voogu. See füüsika haru hakkas tekkima, kui saksa füüsik H.Herz 1887.a. uuris raadiolainete tekitamist elektisädeme abil. Ta pani tähele et elektisäde tekkis paremini kui elektroode valgustati. Asja edasisel uurimisel tehti kindlaks, et valgus vabastab metallist elektrone. Kui laeng puudub tõmmatakse elektron tagasi. kui on positiivne laeng, siis tõmmatakse elektron tagasi. Kui on negatiivne laeng siis tõukejõud aitab elektronil väljuda. Fotoefektiks nimetatakse elektronide "väljalöömist" ainest valguse toimel. Korraldame katse: Anname tsinkplaadile neg. laengu ja valgustame seda (valgustatavaks aineks tuleb valida metall, sest sellel on "vabu elektrone" Tsinkplaadi negatiivne laeng väheneb Asetame valgusvihu vahele klaasi MIS JUHTUB? Tsinkplaadi laeng enam ei muutu MIKS? Põhjus on selles, et klaas neelab suurema sagedusega (lühema lainepikkusega) valgust Siit järeldus:MITTE IGASUGUNE VALGUS EI TEKITA F

Füüsika

3

doc

KvantOptika

KVANTOPTIKA Valgusel on tähtis osa meie elus. Ilma valguseta ei tajuks me esemeid nagu lauad, toolid ja isegi inimesed. Me elaksime igaveses öös. Valguse uurimine hakkas pihta juba 17. Sajandil. Kuid tekkisid vastuolud teadlaste vahel. Osad uskusid ,et valgus on laine, teised aga ,et osake. Need kes uskusid ,et tegemist on lainega, panid aluse nn. Laineteooriale. Laineteooria töötas välja hollandi füüsik C.Huygens 1678 aastal. Ja need kes uskusid ,et valgus koosneb osakestest panid aluse nn. Korpuskulaarteooriale mida tänapäeval nimetatakse Kvantteooriaks. Korpuskulaarteooria e. kvantteooria arendaja oli inglise füüsik I.Newton 1675 aastal. Aga siia maani ei ole suudetud kindlaks teha mis see valgus on, kuna valgus on dualistlik. Valguse dualistlik e. kahene iseloom tähendab, et valguse laine ja kvantteooriad ei ole vastandlikud, nad täiendavad teineteist. See, kas valgus on laine või osakeste voog oleneb, milliseid nähtusi vaadeldakse, inimen

Füüsika

1

docx

Kvantoptika

1) plancki hüpotees ­ valgus ei kiirgu aatomeist lainena, vaid energiaporstjonite, kvantide kaupa, plancki valem ­ E=hf; 2) footon ­ elektromagnetvälja kvant, mis eksisteerib ainult liikudes(pole seisumassi) ning tõestati fotoefekti abil ja selle kineetiline energia on E=mc2; 3) fotoefekt ­ elektroni väljalöömine metallist valguse toimel, mille tulemusel tekib elektrivool (mida intensiivsem valgus, seda tugevam vool); 4) punapiir ­ piirsagedus, mida fotoefekt tekitada suudab, sellest suurema lainepikkusega või sagedusega valgus enam elektrone vabastada ei suuda (kvantoptikas väikseima sagedusega valgus, mis võib tekitada fotoefekti); 5) stoletovi katse ­ õhutühjas balloonis on 2 elektroodi, valguse toimel katoodist välja löödud elektronid liiguvad anoodile, mis põhjustab fotovoolu, aga muutumatu valguse intensiivsuse puhul oleneb tekkiva voolu tugevus rakendatud pingest. 6) külllastusvool ­ tekib kui teatud pinge väärtuseni voolutugevus kasvab (kõik väljalö�

Füüsika

3

docx

Kvantoptika

wdIX Kvantoptika Valguse neeldumisel või kiirgumisel käitub valgus osakeste voona. Valguse lainelisi ja 34 osakese omadusi seob Plancki valem: E=h·f ,kus h=6,63·10 Js on Plancki konstant ja f c on valguse sagedus (1Hz). Siin võib kasutada ka valguse lainepikkust f , kus c=3·10 8 m s on valguse kiirus vaakumis. Valgusel on omadus ainest elektrone välja lüüa. Seda nähtust nimetatakse fotoefektiks. Fotoefektil on kaks seaduspärasust: 1) Ainest ajaühikus välja löödud elektronide arv on võrdeline valguse intensiivsusega. See tähendab, et intensiivsem valgus sisaldab rohkem valguse osakesi ehk valguskvante ehk footoneid ja iga kvant lööb ühe elektroni välja. 2) Välja löödud elektronide ehk fotoelektronide energia ei sõltu valguse intensiivsusest vaid on määratud val

Füüsika

5

doc

Kiired ja spektrid

Soojuskiirguseks nimetatakse sellist kiirgust, mida keha emiteerib ainuüksi soojusenergia arvel. See on ka üks soojusülekande vormidest (lisaks soojusjuhtivusele ja konvektsioonile). soojuskiirguse intensiivsus ja spekter keha temperatuurist. Madalatel temperatuuridel (mõnisada kraadi) on hõõgumine vaevumärgatav ja on punaka tooniga. Temperatuuri tõstmisel soojuskiirguse intensiivsus kasvab ja kiirgav keha omandab alguses kollaka (hõõglamp, 3000°), seejärel valge (Päike, 6000°) ja lõpuks sinaka tooni (alates ca 8000°). Küll aga järeldub üldistest termodünaamilistest kaalutlustest, et iga keha peab alluma Kirchhoffi seadusele: termilise tasakaalu tingimustes on keha kiirgamisvõime ja neelamisvõime võrdsed (igal lainepikkusel). Absoluutselt musta keha kiirgamis- ja neelamisvõime on mõlemad võrdsed ühega. Elektroluminestsents- hõrendatud gaasi helendamine teda läbiva elektrivoolu toimel. Nähtust kasutatakse reklaamvalgustuses. Elektroluminestsents tekib ka p

Füüsika

Kommentaarid (1)