корпускулярно-волновой дуализм

Содержание

Оглавление.

Вступление. 2
1. Фотоэлектрический результат и дискретная натура света. 3
2. Микродифракция электронов. 11
3. Использование явления корпускулярно волнового дуализма. 14
Выводы. 17
Перечень использованной литературы. 18



















Вступление.

Длительное время в физике первенствовала волновая концепция света, а микроскопическим частичкам вещества, атомам к примеру, причисляли только корпускулярные характеристики. Однако с данных позиций не получилось сотворить стройную и непротиворечивую концепцию строения атома. Эксперименты Резерфорда проявили «ажурное» здание атома, в каком месте главная толпа держится в ядре поперечником распорядка , а электроны наполняют целый прочий размер. Однако было подтверждено, что таковая система не может существовать устойчивой без движения электронов. Этот факт и почти все остальные привели к разумению такого, что к микроскопическим частичкам невозможно подступать с уравнениями классической механики.
Изобретение явления фотоэффекта еще не вписывалось в рамки классической физики. Это привело к творению квантовой механики, в которой микрочастицам приписывают особенные характеристики неосуществимые с точки зрения классической физики.
Целью предоставленной работы станет разглядеть мнение корпускулярно волнового дуализма для микрочастиц и излучения, разглядеть главные формулы и законы, что обрисовывают эти явления и проверить как дуализм параметров микрочастиц и излучения используется в науке, технике, как обширно распространились приборы и устройства, применяющие эти характеристики вещества.








1. Фотоэлектрический результат и дискретная натура света.

Суть фотоэффекта состоит в испускании веществом стремительных электронов под действием довольно коротковолнового излучения, падающего на это существо. При этом оказы¬вается, и это чрезвычайно значительно, что энергия испускаемых электронов совсем не зависит от интенсивности погло¬щаемого излучения, а определяется лишь его частотой и качествами самого вещества. От интенсивности излуче¬ния зависит лишь количество испускаемых электронов.
Сиим обычным эмпирическим законам, оказалось, чрезвычайно тяжело отдать удовлетворительное абстрактное объясне¬ние, о частности, огромные трудности встретили на собственном пути пробы разъяснить простый устройство высво¬бождения фотоэлектрического электрона, либо, как в данный момент принято произносить, фотоэлектрона.
Вправду, волновая концепция света, которая к 1900 году казалась совсем идеальной и бесспорной, приво¬дила к представлению о равномерном распределении энер¬гии излучения в световой волне. Падая на электрон, свето¬вая волна постоянно передает ему энергию, при этом коли¬чество энергии, приобретенной электроном в штуку времени, к примеру в секунду, сообразно волновой теории обязано существовать сообразно интенсивности падающей на него волны. Потому разъяснить законы фотоэффекта казалось чрезвычайно тяжело.
В 1905 году Альберт Эйнштейн выложил мысль о том, что фотоэлектрический результат показывает на ди¬скретное здание света, связанное с существованием кван¬тов. Сначало догадка Палка в её более неустрашимой форме состояла в предположении, что существо может, всасывать энергию излучения лишь окончательными порция¬ми, пропорциональными частоте. Фуррор планковой теории темного излучения подтвердил верность данной гипо¬тезы. Однако ежели данная догадка верна, то видется впол¬не потенциальным, что дискретная натура света, проявляющаяся в моменты поглощения и испускания, обязана со¬храняться еще и в другие промежные моменты времени, т. е. тогда, когда изливание вольно распростра¬няется в пространстве. Эйнштейн допустил, что хоть какое монохроматическое из¬лучение состоит из совокупы квантов, при этом энергия всякого кванта пропорциональна частоте, а коэффициент пропорциональности равен, очевидно, неизменной Палка. Это позволило просто разъяснить законы фото¬эффекта. В самом деле, электрон, окружающий снутри вещества, поглощая квант света, или покинет существо, или остается снутри него. Все зависит от такого, пре¬вышает ли энергия светового кванта работу, которую на¬до свершить электрону, чтоб оставить существо, т. е. , как молвят, работу выхода. Следственно, кинетическая энергия выбитого электрона станет одинакова энергии погло¬щенного светового кванта минус служба выхода.
Альберт Эйнштейн в 1905 году еще внес предложение формулу которая в данный момент перемещает заглавие закона фотоэффекта:
(1. 1).
Так как кинетическая энергия частички одинакова: , то формулу(1) разрешено скопировать в облике:
(1. 2) в каком месте: А служба выхода электрона с поверхности сплава,
m толпа фотоэлектрона, она одинакова ,
V прыть фотоэлектрона,
h неизменная Палка, .
Таковым образом, кинетическая энергия испускаемых электронов обязана существовать линейной функцией частоты па¬дающего излучения, а коэффициент пропорциональности численно обязан существовать равен неизменной Палка. Все эти выводы оказались в чудесном согласовании с экспериментом. Изучения зависимости фотоэффекта от частоты пада¬ющего света демонстрируют, что фотоэлектроны появляются только тогда, когда гармоника затевает превосходить некое смысл: порог фотоэффекта, этот порог получил заглавие красноватой рубежа фотоэффекта:
(1. 3)
(1. 4)
В области частот, превышающих пороговое смысл, кинетическая энергия электронов с большущий точностью как оказалось линейной функцией частоты падающего све¬та. Измерения тангенса угла крена косой, представля¬ющей подневольность энергии фотоэлектронов от частоты, проявили, что он численно равен неизменной Палка. Этот способ употребляется для нахождения смысла неизменной Палка. С точки зрения выдвинутой Эйнштейном гипотезы интенсив¬ность падающего света определяется, несомненно, числом световых квантов, падающих в секунду на один квадрат¬ный сантиметр озаряемой поверхности. Следственно, количество фотоэлектронов, испускаемых штукой поверхности в штуку времени, обязано существовать сообразно интен¬сивности освещения.
Таково было разъяснение законов фотоэффекта, предло¬женное Эйнштейном в 1905 г. Эту концепцию он именовал кван¬товой теорией света. В настоящее время кванты света на¬зываются фотонами и потому концепция Эйнштейна полу¬чила заглавие фотонной теории. В движение следующих 30 лет наличие фотонов было не один раз доказано почти всеми опытами. Эксперименты сообразно фотоэффекту, проводившиеся со все растущей точностью, не лишь со светом, однако еще с рентгеновскими лучами и і-лучами, подтвердили верность положений, выдвинутых Эйн¬штейном, и образованный им фотонной теории. Так как ча¬стоты, надлежащие рентгеновским и і-лучам, шибко превосходят частоту видимого света, то и энергия соот¬ветствующих квантов немало более энергии фотонов. Таковым образом, эти лучи оказываются способными выдергивать не лишь слабо связанные электроны, находя¬щиеся в поверхностном слое вещества, однако еще и внут¬ренние электроны, крепко связанные с ядрами атомов. Так как исследование спектров рентгеновских лучей дозволяет чрезвычайно буквально найти работу, нужную для вырывания какого-нибудь внутреннего электрона предоставленного атома, то измерения с рентгеновскими лучами разрешают отыскать работу выхода с условной точностью, еще большей, чем в случае экспериментов со светом.
Следственно, опыты с рентгеновскими лучами и і-лучами послу¬жили ещё одной суровой проверкой правильности тео¬ретических положений Эйнштейна. Их сияющее экспери¬ментальное доказательство появилось значительным доводом в поль¬зу корпускулярной теории света.
Изобретение в 1923 г. ещё 1-го явления отдало новейшие подтверждения существования фотонов. Это результат Комптона. Понятно, что при падении излучения на некое материальное тело дробь энергии излучения рассеивается во всех направленностях в облике растерянного излучения. Электромагнитная концепция разъясняла это явление сле¬дующим образом. Под действием электрического поля па¬дающей волны электроны, входящие в состав материаль¬ных тел, начинают сомневаться и, излучая, оказываются, таковым образом, простыми источниками вторичных сферических волн, распространяющихся во всех направленностях и приводящих к перераспределению энергии падаю¬щей волны. Сообразно этому, ежели первичная волна была монохроматической, то и рассеянное изливание обязано существовать монохроматическим и владеть частотой, в точно¬сти одинаковой частоте первичной волны. В движение очень долгого времени казалось, что электромагнитная концепция отлично разъясняет не лишь рассеяние света материальными телами, однако еще и рассеяние рентгенов¬ских лучей. Законы рассеяния, предвещаемые данной теорией, подтверждались с большущий ступенью точности.

Выдержка

2. Микродифракция электронов.

Де Бройль предположил, что меж корпускулярными и волновыми качествами электрона есть таковая же ассоциация, как и меж надлежащими чертами фотонов. Де Бройль предположил, что для электрона, как и для фотона верно представление:
(2. 1)
(2. 2)
Потом оказалось что формулы(2. 1) и(2. 2) правосудны для всех микрочастиц и систем, состоящих из их.
Так как перемещение частиц прочно соединено с рас¬пространением волны, было бы чрезвычайно удивительно, ежели бы ма¬териальные частички, к примеру электроны, не обнаруживали интерференционных и дифракционных параметров аналогично тому, как это проистекает с фотонами и исследованием кото¬рых занимается телесная оптика. Чтоб узнать, ка¬кие из данных явлений разрешено действительно следить, необходимо было, до этого только, поставить длину волн, связанных с электро¬нами. Формулы волновой механики немедля предоставляют протест на этот вопросец: длина волны, связанной с электронами, при обыденных критериях постоянно чрезвычайно малюсенька, распорядка длины волны рентгеновских лучей. Потому разрешено было полагаться на¬блюдать у электронов те явления, какие проистекают с рентгеновскими лучами. Базовое качество физики рентгеновских лучей это микродифракция на кристаллах. Не¬обычайно небольшая длина волны рентгеновских лучей практически исключает вероятность применения для наблюде¬ния их дифракции устройств, изготовленных руками человека. К счастью, хозяйка натура позаботилась о том, чтоб со¬здать пригодные для данных целей дифракционные сетки кристаллы.
Вправду, в кристаллах атомы и молекулы рас¬положены в верном распорядке и образуют трехмерную сетку. При этом оказалось, что отдаление меж части¬цами в кристалле как раз распорядка длины волны рентге¬новских лучей. Ориентируя пучок рентгеновских лучей на кристалл, разрешено заполучить дифракционную картину, со¬вершенно подобную картине дифракции обыденного света на трехмерной точечной сетке.
Брав пучок электронов с данной кинетиче¬ской энергией, мы обязаны были бы следить явление дифракции, такое же, как микродифракция рентгеновских лучей. Так как конструкция кристаллов, применяемых в экспери¬ментах, отлично исследована разными способами, из приобретенной при дифракции электронов инфы разрешено вычислить длину волны электрона, и, сле¬довательно, засвидетельствовать верность соотношения.
Дэвиссону и Джермеру сотрудникам лаборатории «Белл-телефон» в Нью-Йорке, выпала потерять честь открытия ди¬фракции электронов на кристаллах. Бомбардируя кристалл никеля пучком моноэнергетических электронов, они крепко установили, что электроны дифрагируют как волны, и проявили, что длина данных волн в точности совпадает с той, какую предоставляют формулы волновой механики. Этак было известно наличие дифракции электронов, предпо¬ложение о котором за некоторое количество лет по этого вызывало изумление и сомнение физиков.
Повторенное практически сразу в Великобритании Дж. П. Томсоном, отпрыском Дж. Дж. Томсона, применившим совсем другой способ, явление дифракции электронов скоро стали следить практически во всех странах.
Как это нередко случается, явление дифракции электронов, как сначала казалось, чрезвычайно тяжело наблюдаемое и требу¬ющее высочайшего художества экспериментатора, сейчас стало сравнительно обычным и ежедневным. Приборы для на¬блюдения явления дифракции стали так абсолютными, что сейчас это явление разрешено показывать сту¬дентам на лекции. В конце концов, условия данных опытов варьировались в таковых широких пределах, что справедли¬вость главный формулы, выражающей соответствие меж качествами волны и чертами частички, разрешено счи¬тать сейчас доказанной во всем перерыве энергий от не¬скольких эВ по миллиона эВ. Для огромных значений энергии нужно учесть реляти¬вистские поправки. Таковым образом, непрямо подтвержда¬ются и итоги теории относительности.
Верность формулы для длины волны, связанной с частичкой, считается сейчас так тривиальной, что яв¬ление дифракции электронов употребляется уже не для доказательства данной формулы, а для исследования структуры неких кристаллических либо отчасти нацеленных сред. Опыты сообразно дифракции элек¬тронов отдали прекрасное прямое доказательство пред¬ставления о связи волн и частиц, которое послужило исходным пт для сотворения новейшей механики.
Уместно подметить, что была получена микродифракция не лишь электронов, однако и остальных частиц. Этак же, как и электроны, явление дифракции ис¬пытывают протоны и атомы. Такие опыты чрезвычайно трудны и не настолько многочисленны, но известно, что даже тут подтверждаются формулы волновой механики. Это не обязано нас восхищать. Ассоциация меж волнами и ча¬стицами это, по-видимому, Большой закон природы, при¬чем таковой дуализм тесновато связан с существованием и внутренней сущностью кванта деяния. Недостает никаких обстоятельств полагать, что лишь электроны владеют таковыми свойства¬ми. Логично, что мы сталкиваемся с дуализмом вол¬на частичка при исследовании всех телесных объектов.

Литература

1. Дущенко В. П. , Кучерук И. М. Общественная физика. К. : Верховная школа, 1995. 430 с.
2. Зисман Г. А. , Тодес О. М. Курс общей физики. В 3 т. М. : Дисциплина, 1995. 343 с.
3. Кухлинг Х. Справочник сообразно физике: Пер. с нем. М. : Мир, 1983. 520 с.
4. Л. Де Бройль Революция в физике. Пер. с фр. М. : Атомиздат, 1965. 230 с.
5. Окунь Л. Б. Вступление в физику простых частиц. Библиотечка «Квант». №45. М. : Дисциплина, 1990, 112 с.
6. Савельев И. В. Курс общей физики. В 3 Т. , Лепиздричество и магнетизм. М. : Дисциплина, 2003. - Т. 3. 387 с.
7. Филлипов Е. М. Ядра. Изливание. Галактика. М. : Дисциплина. 1984, 158 с.
8. Яворский Б. М. , Детлаф А. А. Справочник сообразно физике. М. : Дисциплина, 1982. 846 с.

Больше работ по теме: