1625913952-eb24d9660fd97b365f78091f0a818088 (532682), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Это — кристаллы, межатомные расстояння в которых как раз н обладают нужнйм порядком величины. И в самом деле, прохождение пучка рентгеновских лучей сквозь кристалл действительно сопровождается интерференцией. Это явленне, следуя Брэггу (1913 г.), можно истолковать как В Х Волновал творил свити Интвнфврвицин и дафроквиа 101 интерференцию между отдельнымн лучами, отравившимися от разлнлных плоскостей кристаллической решетки (фнг.
29). Более торо, Комптону (!92б г.) н другнм исследователям удалось получить интерференцию рентгеновскнх лучей даже на искусственных решетках: охазалось, что это все-такн возможно прк скользящем падении лучей. Ф в г. лц Лвфрлкявв равтгововсквк лучей ва ирвстввкФ.
сотлссло вреттт, огас отрсилмтсс от олессестеа стев. еталлачссаоа рейетса а асетоат аатерасрартан. Интерференция рентгеновских лучей является мощным орудием нсследовання структуры кристаллов. Для этой цели не нужны даже большие куски крнсталла — можно пользоваться кристаллическим порошком (Дебай — Шеррер, 1915 г.; Халл, рвнлмс у и„и,и. л Видимый сивнтр нааснив виорел~и. т инфрииросныв 1-лучи лучи сои лучи лучи Радиоволны 1 1 3 "/О Фиг. 30'. Логарвфивческак искала длвв вола.
ов елее мс еассс арелстеслсат своев ис сер Ь тле елаааас ллаам л 1 сн. 1917 г.). В этом случае ннтерференцнонные картины имеют внд колец, расположенных вокруг первоначального направления пучха. Крупицы порошка могут прн этом быть даже молекулярного размера. Более того, оказалось, что ннтерференцнонные картины, обусловленные днфракцкей на отдельных атомах молекул, ннконм образом не затушевываются хаотичностью молекулярного движения в газе нлн жидкости. И здесь наблюдаются замкнутые ннтерференционные кольца, нз распределення интенсивности в которых можно вывестн определенные ааключення о межатомных расстояннях в молекулах (Дебай, 1929 г.). Однако мы не будем здесь углубляться в описание этих методов, позволяющих понять ряд конкретных оспбвннеи стей атомного строения вещества.
Приведем теперь шкалу длин волн различных типов излучения, подытоживающую наши современные знания в этой области. Шкала (фнг. 30) приведена в логарнфмнческом масштабе, так что нанесенные на ней цифры представляют собой показатели степени числа 10. За единицу принята Аэ 1 см. К широкой области волн, применяемых в радиосвязи, примыкает область инфракрасных излучений, которые воспринимаются нашими органами чувств как тепловые лучи. Далее идет сравнительно узкая полоса видимого света (от 7700 до 3900 А), затем — область ультрафиолетовых лучей и лучей Шумана, которая в свою очередь переходит в область рентгеновских лучей (от 10 до 0,05 А). Радиоактивное у-излучение охватывает области вплоть до 0,001 А.
В космическом излучении наблюдаются у-лучи с чрезвычайно малой длиной волны (10-зА), которые оказываются за пределами нашей шкалы. ф 2. Квамтээ света Несмотря на огромный успех классических представлений в истолковании явлений интерференции, эти представления оказались совершенно бессильными при попытках объяснить про цессы поглощения и излучения света. В этой области классическая электродинамика и классическая механика терпят полный провал. Чтобы продемонстрировать это, вспомним, например, тот экспериментальный факт, что излучение водородного атома имеет внд бесконечной последовательности резко выраженных спектральных -линий (гл.
У, $ 1). В атоме водорода имеется лишь один вращающийся вокруг ядра электрон. По законам электродинамики такой электрон будет непрерывно излучать, а стало быть, терять энергию. Поэтому в процессе движения он неизбежно должен приближаться к ядру все ближе и ближе н в конце концов упасть на него, Первоначально электрон, обладая какой-то определенной частотой обращения по орбите, бу дет излучать свет именно этой частоты. Когда же частота его движения (плавно) изменится нз-за энергетических потерь, должна будет измениться и частота излучения. Но почему, спрашивается, в таком случае спектр водорода состоит из дискретных серий явно отделенных друг от друга линий7 Понять этот факт оказывается совершенно невозможным. Совершенно не понятна с классической точки зрения и стабильность атомов.
Для сравнения представим себе систему планет, обращающихся вокруг Солнца, каждая из которых движется, если нет никакого возмущающего влияния, по определенной неизменной орбите. Предположим, однако, что солнеч у К Кванты гегга ная система оказалась бы вдруг в непосредственной близости, например, к Сириусу. Тогда это соседство уже само по себе исказило бы траектории планет. Если бы затем солнечная си.
стема вновь удалилась от Сириуса, то планеты стали бы вра. щаться вокруг Солнца уже по новым орбитам с новыми угловыми скоростями и периодами обращения. Если бы электроны в атоме подчинялись тем же механическим законам, что н пла неты солнечной системы, то неизбежным следствием любого взаимодействия между двумя атомами было бы полное измене. ние основных частот электронов, так что после взаимодействия каждый атом излучал бы свет совершенно других длин волн. Этому, однако, в корне противоречит тот экспериментальный факт, что каждый атом газа, который, согласно кинетической теории, испытывает около 100 миллионов соударений в секунду, испускает тем не менее свет, отвечающий одним и тем же узким спектральным линиям и до, и после соударения.
Наконец, классическая механика и классическая статистика неспособны объяснить законы теплового излучения (излученля энергии). Эдесь мы не будем входить в детали этого сложного вопроса (он рассмотрен в гл. ЧШ); отметим только основной результат, к которому, рассуждая аналогичным образом, пришел Планк (1900 г.), Оказалось, что для понимания законов излучения необходимо принять следующую гипотезу: излучение и погхои(ение энергии материей происходит не непрерывно, а отдельными порциями — «квантами энергии» Ьг (здесь й — постояниая Планка, равная 6,62 ° 10-м эрг ° сек, и т — частота). С другой стороны, новая гипотеза все же сохраняет связь с классической электромагнитной теорией света, так что явления, сопутствующие распространению излучения (дифракция, интерференция), по-прежнему подчиняются классическим законам.
В !905 году Эйнштейн пошел, однако, дальше Планка. Не ограничиваясь постулатом квантовых свойств процессов нзлученкя и поглощения, он предложил считать, что такие свойства присущи свету вообще. В соответствии с гипотезой световых квантов (фотонов), выдвинутой Эйнштейном, свет состоит из квантов (корпускул), несущих энергию Ьт и летящих в пространство, подобно дробинкам, со скоростью света. Хотя на первый взгляд эта гипотеза может показаться слишком смелой, существует тем не менее целый ряд экспериментов, которые вряд ли можно истолковать в рамках волновой теории, но которые сразу же становятся понятными с позиций гипотезы световых квантов.
Сейчас мы и перейдем к краткому разбору этих экспериментов, на которые указывал еще сам Эйнштейн, доказывая справедливость своей гипотезы. 104 Гл. л1Г. Волмол — кабгияал Самый прямой путь превращения световой энергии в механическую реализуется в фотоэлектрическом эффекте (Герц, ИИ7 г.; Хальвакс, Эльстер и Гайтель, Ладенбург). Если коротковолновый (ультрафиолетовый) свет падает в условиях высокого вакуума на металлическую поверхность (щелочной металл), то тотчас же обнаруживается, что поверхность заряжается положительно (фиг. 31). Это означает, что поверхность отдает отрицательный электрический заряд, т.
е. испускает электроны. Теперь можно, с одной стороны, измерить (регистрируя эти электроны) полный электрический ток с поверхности. С другой стороны, обратившись к опытам по отклонению или с помощью противодействующего поля, можно определить скорость электронов. Тщательные измерения показали, что - . Слл и Ф и г. 31. Получение фотовлектроаов (оо Ленарду).
Свет, нроколк сквозь отверетне Р. покапает на катал С н выбнвеет нп кето влеатроны, которые еатем уекорккмея (нлк еамеллеотео) елен. трнееекнм нолем мамку С н А. скорость испускаемых электронов не зависит, как можно было бы ожидать, от интенсивности падающего света; с увеличением интенсивности возрастает лишь нх число, причем возрастает пропорционально интенсивности. Что касается скорости фото- электронов, то она зависит только от частоты света о; энергия электронов Е определяется соотношением Е=Ьр — А, где А — константа, характеризующая металл.
С точки зрения гипотезы световых квантов оба эти обстоя тельства вполне понятны. Каждый световой квант, попадая в металл н взаимодействуя с одним нз электронов, передает ему асю свою энергию и таким образом выбивает его из металла. Однако, прежде чем вырваться из металла, электрон теряет часть энергии, равную работе А, необходимой для его высвобождения.
Число выбитых электронов пропорционально числу падающих световых квантов; последнее же определяется интенсивностью света. Еще более очевидным указанием на существование квантов света служат эксперименты Э. Мейера и В. Герлаха (19!4 г.) по фотоэлектрическому эффекту на мельчайших частицах ме. таллической пыли. В результате облучения ультрафиолетовым в 8. Кваэпюал теоршв атома светом в этом случае снова освобождаются фотоэлектроны, так что частички металла оказываются заряженными положительно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
