yavor2 (553175), страница 41
Текст из файла (страница 41)
П. И. Лукнрским и С. С, Прилежаевым, вакуумная трубка, изображенная на рис. 68.4, представляла собой сферический конденсатор. Стеклянный шар, посеребренный изнутри, являлся внешней обкладкой конденсатора и играл еи,ае роль анода А. Катод К имел вид шарика из исследуемого металла. В этой установке на анод попадают все 1 электроны с такой на- Ряс. 08.3. Рис. 68.4 чальной скоростью и„что тэ',!2) ели!, где и с.0 — задерживающее напряжение. Это повышает точность определения максимальной скорости фотоэлектронов и, и позволяет наиболее точно определить постоянную Планка. Среднее значение Ь, полученное из наиболее точных опытов по внешнему фотоэффекту, оказалось равным 6,543 10-»" Дж с. Это согласуется с результатами других методов определения Ь.
Тем самым подтверждается правильность уравнения Эйнштейна для фотоэффекта и идей Эйнштейна о квантовом характере взаимодействия света с электронами при фотоэффекте. 5. Квантовый характер взаимодействия света с веществом проявляется в безынерционности фотоэффекта. С волновой точки зрения свету необходимо определенное конечное время, чтобы электромагнитная волна, даже при большой ее интенсивности, сумела «раскачать» электрон в металле и вырвать его с поверхности Я 53.6). Квантовые свойства света, сосредоточение энергии излучения в отдельных порциях — квантах, повышают ценность энергии света.
Сравним, например, энергию фотона видимого света (с частотой тж10»» Гц) со средней кинетической энергией теплового, беспорядочного движения молекулы газа. Согласно формуле (26.8) т. 1 средняя кинетическая энергия молекулы, приходящаяся на одну степень свободы, равна йТ)2, где й — постоянная Больцмана, Т вЂ” абсолютная температура. Из условия йт =йТ)2 можно найти, 200 что молекула газа будет иметь такую же энергию, какую имеет квант видимого света, лишь при температуре порядка 16ч К. Квантовые свойства особенно отчетливо проявляются во всех явлениях, где происходит взаимодействие коротковолнового света с веществом. $ 68.4. Фотохимические действия света 1.
Свет, поглощенный веществами, может вызывать химические превращения этих веществ. Химические процессы, происходящие под действием света, называются фотохимическими реакциями. К числу таких реакций относится разложение молекул на их составные часги. Например, при освещении паров брома молекула Вг, диссоциирует на два атома Вг. Молекула бромистого серебра АпВг разлагается под действием света на атомы серебра и брома. В зеленых частях растений происходит фотохимическое расщепление СО,. Как показал К. А. Тимирязев, хлорофилл растений, за счет которого зеленые части растений имеют присущую им окраску, интенсивно поглощает длинноволновые красные лучи солнечного света, и это является причиной разложения СО,. Целый ряд фотохимических превращений, которые за этим следуют, приводят к образованию углеводов, необходимых растениям и животным для их существования.
Таким образом, фотохимические превращения являются причиной круговорота углерода в природе. 2. Фотохимические превращения протекают в соответствии с законом Бунзена — Роска: масса т фотохимически прореагировавшего вещества пропорциональна энергии о" поглощенного свепш, т=СГ. (68.7) Коэффициент пропорциональности С зависит от хараитера фотохимической реакции и частоты света т. Для каждой фотохимической реакции существует красная граница — некоторая минимальная частота чм начиная с которой свет становится химически активным, способным вызвать фотохимическое превращение. Эйнштейн объяснил существование такой границы (как и красной границы фотоэффекта, 5 68.2) квантовым характером поглощения света веществом.
Для того чтобы произошло фотохимическое превращение одной молекулы вещества, необходима некоторая энергия Г„ называемая энереией активации данного превращения. Квайт света может вызвать превращение при условии, что его энергия пч~4',. Таким образом, минимальная частота ч, химически активного света (красная граница) определяется из равенства: /гть =- о.„или ч, =- 4',/А. (68. 8) 3. В ряде случаев фотохимические действия света подчиняются фотохимическому соотношеншо Эйнштейна: каждый фотон, поглощенный веществом, может вызвать фотохимическое превращение только одной поглотившей его молекулы. Отсюда следует, что число молекул вещества, которые претерпевакхг фотохимич(сю е реакции 201 л Ж М Лс' (68.9) где Х=с/ч — длина волны света. Фотохимическое соотношение Эйнштейна часто нарушается и на один поглощенный квант приходится не одна, а несколько молекул, участвующих в фотохимических реакциях.
Например, реакция образования НС! из Н, и С1, происходит на свету в форме цепной реакции и сопровождается взрывом. Свет служит в данном случае толчком к началу фотохимического процесса, который далее развивается самостоятельно. Теорию цепных реакций, которые мы подробнее рассмотрим в 9 82.9, разработал в 1928 — 1934 гг. акад. Н. Н. Семенов. За свои работы в этой области он удостоен в 1956 г.
Нобелевской премии. й 68.6. Масса и импульс фотона. Световое давление с квантовой точки зрения 1. До сих пор, развивая представления Эйнштейна о квантах света — фотонах, мы говорили только о наличии у фотона энергии вг — — йч. Однако если углубить эти представления о квантовой природе света и считать, что свет представляет собой распространение в пространстве фотонов, ведущих себя как поток особых частиц, то следует считать, что фотон обладает массой и импульсом.
Наличие у фотона массы гп вытекает из общей взаимосвязи между энергией и массой в теории относительности (см. 9 16.1): 8= тс', или т= й'!с'. Для фотона кг = аг= йч, следовательно, тг — — йч,~с'. (68. 10) Фотон существенно отличается от макроскопических тел и элементарных частиц, о которых пойдет речь дальше, в гл. 83. Это отличие состоит в том, что фотон не имеет массы покоя и,. Другими словами, покоящихся фотонов не существует.
Этот вывод не должен вызывать удивления. Если распространяющийся световой луч аостановитьз, то свет прекратит свое существование; это означает, что фотоны будут поглощены атомами и молекулами вещества. Энергия фотонов перейдет в другие виды энергии. Например, при поглощении света металлами энергия фотонов переходит, в частности, к фотоэлектронам, которые вырываются из поверхности металла при фотоэффекте. Необходимо подчеркнуть, что в любой среде фотоны движутся со скоростью с, равной скорости света в вакууме. В любом веще- 202 прп поглощении единицы энергии падающего света (б= = 1), обратно пропорционально энергии йч одного фотона (при условии, что ч~) ч,): стве, где распространяется свет, между атомами и молекулами фотон движется так же, как в вакууме.
При попадании в частицу вешества он или рассеивается на ней и остается в вакууме, или поглощается. 2. На первый взгляд это противоречит результату, который мы получили в гл. б3. Там было показано, что фазовая скорость света в веществе меньше, чем в вакууме, в и раз: и = сгп, где п — абсолготный показатель преломления вещества (п)1). В действительности никакого противоречия нет. Дело в том, что процесс распространения света в веществе происходит так, что фотоны могут поглошаться атомами и молекулами вещества и вновь нспускаться частицами среды; этот процесс можно назвать «перензлучением» света ').
«Переизлученным» фотонам соответствуют те вторичные волны, о которых шла речь в 5 63.1. Уменьшение фазовой скорости света в веществе в и раз по сравнению со скоростью в вакууме связано с тем, что «переизлучение» фотонов атомами и молекулами вешества происходит с определенным запаздыванием по фазе па отношению к поглощению света часгицами среды. 3. Отсутствие у фотона массы покоя т, показывает, что созданные Эйнштейном квантовые представления о природе света отнюдь не являются возвращением к корпускулярной теории Ньютона. По Ньютону, световые частицы — корпускулы представляют собой обычные механические частицы.
С современной точки зрения эти частицы должны были бы иметь массу покоя (гп«ФО). В свое время Ломоносов, критикуя ньютоновские воззрения на природу света, справедливо заметил, что если бы корпускулярная теория была верна, то должны были бы происходить соударения световых корпускул и при пересечении световых лучей происходило бы «в лучах замешательство».
4. Массу световой частицы — фотона следует считать «полевой массой». Это означает, что свет обладает массой, связанной с электромагнитным полем световой волны. То, что свет обладает энергией, было выяснено в предыдущем изложении. На ведь всякой энергии соответствует масса, так как, согласно теории относительности, «г=гпс«. Если понимать в этой формуле под 4' энергию электромагнитного поля световой волны, та под пт следует понимать массу электромагнитного поля этой волны, Мы приходим, таким образом, к очень важному результату. Не только вещество обладает энергией и массой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
