В.А. Горбаренко - Излучения, атомная и ядерная физика (1022086), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Обозначим черезN число фотонов, падающих на единицу площади поверхности вединицу времени. Очевидно, что N = I / hν. Так как импульс каждого фотона hν/c, то он передает поверхности импульс, равныйhν/c при поглощении и 2hν/c при отражении.В общем случае если коэффициент отражения поверхностиρ, то из полного числа N фотонов (1−ρ)N фотонов поглощается()28и ρN −отражается. Сообщенный ими единице площади поверхности в единицу времени импульс (а это есть давление P) равенhν2hνhνIP = (1 − ρ )N+ρN=N1 + ρ ) = (1 + ρ ) . (2.12)(ccccТаким образом, давление света одинаково успешно объясняетсякак волновой, так и квантовой теорией.Экспериментально давление света было измерено в 1900 г.П.Н.Лебедевым.
Измерения П.Н.Лебедева согласовывались с теорией Максвелла с точностью не хуже 20%.2.5. Коротковолновая граница тормозногорентгеновского излученияК рентгеновскому относится электромагнитное излучение,занимающее спектральную область между γ- и УФ-излучением вдиапазоне длин волн λ от 10-12 до 10-7 м. Это излучение впервыебыло обнаружено Рентгеном в 1895 году.Наиболее распространенный источник такого излучения −рентгеновская трубка (рис.2.8), в которой электроны, вырывающиеся в результате термоэлектронной эмиссии из катода К, ускоряются электрическимполем и бомбардируютметаллический анод А.Атомы анода, возбуждаемые электроннымударом, и электроны,теряющиекинетическую энергию при торРис.2.8.можении в веществе,испускают рентгеновское излучение.
Спектр излучения электронов (тормозное излучение) сплошной. Рентгеновский спектр излучения атомов состоит из отдельных узких спектральных линий,такое излучение называется характеристическим. Характеристическое излучение на фоне тормозного появляется только при достаточно больших значениях ускоряющего напряжения. Особенности его будут рассмотрены позже.29Итак, тормозное рентгеновское излучение испускают электроны при их торможении в электрическом поле или при взаимодействии с атомами вещества анода рентгеновской трубки. Егосвойства совершенно не зависят от вещества анода.
Согласно законам классической электродинамики, тормозное излучение, каки видимый белый свет, должно иметь сплошной спектр, поэтомуего иногда называют “белым излучением”. В спектре этого излучения должны присутствоватьвсе длины волн от нуля до бесконечности.Полученные в опытахспектральныеинтенсивноститормозного излучения при различных напряжениях на рентгеновской трубке U представленыкривыми на рис.2.9. В сторонудлинных волн кривые интенсивРис.2.9.ности спадают полого, асимптотически приближаясь к нулю с увеличением длины волны.
Состороны коротких волн кривые интенсивности резко обрываютсяпри некоторых значении длин волн λmin, называемых коротковолновой границей сплошного рентгеновского излучения. Опытыпоказали, что λmin ∼ 1/U. Наличие коротковолновой границысплошного рентгеновского спектра никак не может быть объяснено с точки зрения классической электродинамики, но легкообъясняется с точки зрения квантовых свойств излучения.При фиксированном напряжении U на рентгеновской трубке электрон непосредственно перед анодом обладает кинетической энергией Екин, полученной за счет ускорения в поле трубки,то есть Екин = eU .При столкновении с атомами анода часть энергии электронапередается излучаемому фотону, а часть идет на нагрев анода, атакже на ионизацию его атомов. Если же вся энергия, полученная30электроном, передается фотону, то эта энергия рентгеновскогофотона является максимально возможной, т.е.hνmax=eU,и ей соответствует минимальная длина волныhc,(2.13)λ min =eUчто совпадает с опытными данными.Тормозное рентгеновское излучение возникает при напряжении на трубке порядка ~104 B.
При меньших напряжениях преобладающими процессами при столкновении электрона с атомами являются процессы теплового возбуждения и ионизации, ирентгеновское излучение отсутствует. Если увеличивать напряжение выше определенного предела, зависящего от материалаанода, то на сплошное рентгеновское излучение накладываютсяузкие спектральные линии, составляющие так называемое характеристическое излучение анода.Таким образом, из изложенных материалов видно, что представление о свете как об электромагнитной волне позволяло решить проблемы, связанные, в основном, с распространением света.
Явления же, относящиеся к взаимодействию излучения с веществом, получили должное объяснение лишь на основе квантовых представлений. Как волновые, так и корпускулярные свойства излучения проверены на большом экспериментальном материале для всей доступной изучению области частот электромагнитных волн.Проявление светом как волновых, так и корпускулярныхсвойств, как уже отмечалось, называется корпускулярноволновым дуализмом свойств электромагнитного излучения.Смысл этого понятия заключается в том, что свет одновременнообладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами.3. СПЕКТРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ АТОМОВ.ТЕОРИЯ АТОМА ВОДОРОДА3.1.
Сериальные формулы. Модели строения атомаНесмотря на то, что к середине XIX века и в химии и в физике существовало представление об атоме (были четко разгра-31ничены понятия атома и молекулы, открыт периодический законМенделеева, развита молекулярная физика, начало развиватьсяучение о внутреннем строении кристаллов), общей теоретической основы строения вещества на атомарном уровне не существовало.До конца XIX века атомы считали не только пределом делимости вещества, но также и принципиально неразрушимымиобъектами.
В физике даже не поднимался вопрос о строенииатома. Считалось, что все явления окружающего мира объясняются соударениями и взаимодействиями атомов и молекул, и чтоне существует явлений, которые могли бы раскрыть строениеатома.Возникновение современной атомной физики связано с открытием электрона (1897 г.) и явления радиоактивности (1896 г.).Эти открытия создали основу для построения моделей атома каксистемы взаимодействующих электрически заряженных частиц.На основе этих данных к началу ХХ века считалось доказанным:- внутри атома заключены электроны;- силы взаимодействия атомов и молекул имеют электрическое происхождение;- существует сходство в строении атомов, т.к.
можно атомодного элемента превращать в атом другого элемента.Но неразрешимые трудности возникли при попытке объяснить с позиций классической физики линейчатые спектры излучения разреженных газов.Еще в начале XIX века было замечено, что спектры излучения разреженных газов имеют линейчатый характер, причем длякаждого газа эти линии строго индивидуальны. Это открытие,даже без понимания физической сути наблюдаемого явления,привело к созданию спектрального анализа.Изучая линейчатый спектр излучения атомарного водорода,швейцарский физик Бальмер в 1885 г. установил, что длины волнизвестных в то время девяти линий спектра удовлетворяют формуле32λ = λ0n2(n=3,4,5,…)n2 − 4или для частот⎛ 1ν = R⎜−1 ⎞(3.1)⎟.2n ⎠была определена Ридбергом и⎝ 22Константа R=3,29.10 15 c-1называется постоянной Ридберга.Все спектральные линии, отличающиеся разным значениемn, образуют группу линий или серию (серия Бальмера).В дальнейшем в спектре атома водорода были открыты другие серии, для которых эмпирическим путем была найдена формула, аналогичная (3.1)1 ⎞⎛ 1(3.2)ν = R⎜ 2 − 2 ⎟ , n>m.n ⎠⎝mЭта формула была названа обобщенной формулой Бальмера.Спектральная линия, имеющая максимальную длину волныв каждой серии, называется головной линией серии.
Она обозначается индексом α. Частота, ей соответствующая, вычисляется поформуле (3.2) при n=m+1. При возрастании n длина волны каждой линии стремится к минимальному значению λmin, называемому границей серии. Частота, соответствующая границе серии,вычисляется по формуле (3.2) при n→∞.Основные параметры и названия серий спектральных линийатома водорода приведены в Таблице 1.Исследования показали, что для водородоподобных атомов,т.е. атомов, лишенных всех своих электронов кроме одного (например, He*, Li** и т.д.), также справедлива формула (3.2), толькопостоянная Ридберга имеет другое значение R*=4R, 9R, 16R и т.д.Таблица 1Название mс е р и иЛаймана1n2,3,...λmin,[нм] λα,[нм]91121Область спектраУФ33БальмераПашенаБрэкетаПфунда23453,4,...4,5,...5,6,...6,7,...36481822733272644187040407438Видимый свет, УФИКИКИКМодель атома Томсона.
Вообще говоря, наличие у атомовлинейчатых спектров можно объяснить в рамках классическойтеории. В 1903 г. Дж. Томсоном была предложена одна из первых моделей атома. Атом, согласно Томсону, представляет собойравномерно заполненную положительным зарядом сферу, внутрикоторой находятся электроны. Электроны совершают гармонические колебания и излучают свет.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
