Kvantoptika (0)

wdIX Kvantoptika
Valguse neeldumisel või kiirgumisel käitub valgus osakeste voona. Valguse lainelisi ja osakese omadusi seob Plancki valem: E=h·f ,kus h=6,63·10‾Js on Plancki konstant ja f on valguse sagedus (1Hz). Siin võib kasutada ka valguse lainepikkust λ, kus c=3·10on 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 valguse sagedusega.
Seega suurema sagedusega valguskvandid on suurema energiaga ja suudavad ka elektronidele rohkem energiat anda.
Fotoefekti tekitamiseks peaks aine olema laetud negatiivselt. Sel juhul hakkab välja löödud elektron kehast elektrilise tõukejõu mõjul eemalduma ja keha laeng väheneb. Ka peab ainele langema piisavalt suure sagedusega valgus, et selle kvandid suudaksid ainest elektroni välja lüüa. Elektroni välja löömisel teeb valgus tööd. Vähimat energiat, mille arvel ainest tekiks fotoefekt , nimetatakse väljumistööks (A). Väljumistööle vastava valguse lainepikkust nimetatakse punapiiri lainepikkuseks - see on suurim valguse lainepikkus , mis antud ainest fotoefekti põhjustab. (punpiiri sagedus - , on vähim valguse sagedus, mis antud ainest veel elektroni välja lööks).
Ainele langeva valguskvandi energia (E) kulub ainest elektroni välja löömiseks (A) ja elektronile kineetilise energia (K) andmiseks : E=A+K Seda valemit nimetatakse Einsteini fotoefekti võrrandiks ja lahti kirjutades saab see kuju: . Siin
on elektroni mass (9,1·10‾³¹kg) ning
elektroni kiirus.
Seda, et valgust võib käsitleda osakesena, tõestavad peale fotoefekti nähtuse ka mitmesugused fotokeemilised reaktsioonid. Näiteks osooni tekkimine, pesu pleegitamine , fotosüntees , foto tekkimine filmile ja Comptoni efekt. Viimane nähtus seisneb selles, et röntgenkiirguse hajumisel ainelt, mis sisaldab vabu elektrone, muutub kiirguse lainepikkus suuremaks ehk sagedus väheneb. Sageduse vähenemine tähendab, et footonite energia on vähenenud elektronidele üle kandunud energia võrra.
Väline fotoefekt on leidnud rakendust fotoelemendis ja fotoelektronkordistites ning sisemist fotoefekti kasutatakse fototakistites, fotodioodides ja päikesepatareides.
Seda, et valguskvante võib pidada osakeseks tõestab ka valguse rõhu tekkimine spetsiaalses vaakumseadmes, kus teravikule asetatud tiivik hakkab valgustades tiirlema. Valguskvandi massi leidmiseks kasutame Einsteini valemit , mis seob massi energiaga: E=m·c². Valguse osakese impulss saame leida valemist : p=m·c.
Teades footoni ühte suurust (energiat, massi, impulssi, sagedust või lainepikkust) võime leida ülejäänud kolm. Täida ise järgmise tabeli tühjad kohad:
Antud suurus
Leia m
Leia p
Leia λ
Leia f
Leia E
m
xxxxxxxxxxx
p = mc
λ = h/mc
f = mc²/h
E = mc²
p
m = p/c
xxxxxxxxxx
λ = h/p
f = pc/h
E = pc
m = h/λc
p = h/λ
xxxxxxxxxx
f = c/λ
E =
f
m = hf/c²
p = hf/c
λ = c/f
xxxxxxxxxx
E = hf
E
m = E/c²
p = E/c
λ = hc/E
f = E/h
xxxxxxxxx
Kvantoptikas(Voolaid) §12.-§16.

Selgita Plancki valemit. Mida see valem seostab?
Valguse neeldumisel või kiirgumisel käitub valgus osakeste voona. Valguse lainelisi ja osakese omadusi seob Plancki valem: E=h•f ,kus h=6,63•10‾ Js on Plancki konstant ja f on valguse sagedus (1Hz). Siin võib kasutada ka valguse lainepikkust λ , kus c=3•10 on valguse kiirus vaakumis.

Milles seisneb fotoefekti nähtus?
Valgusel on omadus ainest elektrone välja lüüa.

Sõnasta ja selgita fotoefekti kahte seadust.
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 valguse sagedusega.
Seega suurema sagedusega valguskvandid on suurema energiaga ja suudavad ka elektronidele rohkem energiat anda.

Tunne ja oska kasutada Einsteini fotoefekti valemit ülesannete lahendamisel.
Ainele langeva valguskvandi energia (E) kulub ainest elektroni välja löömiseks (A) ja elektronile kineetilise energia (K) andmiseks: E=A+K Seda valemit nimetatakse Einsteini fotoefekti võrrandiks ja lahti kirjutades saab see kuju: . Siin on elektroni mass (9,1•10‾³¹kg) ning elektroni kiirus.

Millistel tingimustel on fotoefekt ainest jälgitav?
Fotoefekti tekitamiseks peaks aine olema laetud negatiivselt. Sel juhul hakkab välja löödud elektron kehast elektrilise tõukejõu mõjul eemalduma ja keha laeng väheneb. Ka peab ainele langema piisavalt suure sagedusega valgus, et selle kvandid suudaksid ainest elektroni välja lüüa.

Mida nimetatakse elektroni väljumistööks?
Vähimat energiat, mille arvel ainest tekiks fotoefekt, nimetatakse väljumistööks (A)

Mida nimetatakse fotoefekti punapiiriks?
Väljumistööle vastava valguse lainepikkust nimetatakse punapiiri lainepikkuseks - see on suurim valguse lainepikkus, mis antud ainest fotoefekti põhjustab. (punapiiri sagedus - , on vähim valguse sagedus, mis antud ainest veel elektroni välja lööks).

Nimeta fotoefekti kasutusvõimalusi.
Väline fotoefekt on leidnud rakendust fotoelemendis ja fotoelektronkordistites ning sisemist fotoefekti kasutatakse fototakistites, fotodioodides ja päikesepatareides.

Oska leida footonite massi, impulssi, energiat, sagedust ja lainepikkust.

Millistes nähtuste käitub valgus nagu osake ehk footonina?
Seda, et valgust võib käsitleda osakesena, tõestavad peale fotoefekti nähtuse ka mitmesugused fotokeemilised reaktsioonid. Näiteks osooni tekkimine, pesu pleegitamine, fotosüntees, foto tekkimine filmile ja Comptoni efekt

Kirjelda Comptoni efekti.
Viimane nähtus seisneb selles, et röntgenkiirguse hajumisel ainelt, mis sisaldab vabu elektrone, muutub kiirguse lainepikkus suuremaks ehk sagedus väheneb. Sageduse vähenemine tähendab, et footonite energia on vähenenud elektronidele üle kandunud energia võrra.