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    光與物質的相互作用

    2016/12/12 10:40:51

    黑體輻射

    19世(shi)紀末,許多(duo)物(wu)理(li)學(xue)家對黑(hei)體(ti)輻(fu)(fu)射非常感(gan)興趣。黑(hei)體(ti)是(shi)一(yi)個理(li)想化了的(de)物(wu)體(ti),它可以(yi)吸收(shou),所有照射到它上(shang)面的(de)輻(fu)(fu)射,并將這(zhe)些輻(fu)(fu)射轉化為熱輻(fu)(fu)射,這(zhe)個熱輻(fu)(fu)射的(de)光譜特征(zheng)僅與該黑(hei)體(ti)的(de)溫(wen)度有關(guan)。使(shi)用(yong)經典物(wu)理(li)這(zhe)個關(guan)系無法(fa)被解釋。通過將物(wu)體(ti)中的(de)原子看作微小的(de)諧(xie)振(zhen)子,馬克(ke)(ke)斯(si)·普朗(lang)克(ke)(ke)得以(yi)獲得了一(yi)個黑(hei)體(ti)輻(fu)(fu)射的(de)普朗(lang)克(ke)(ke)公式。但(dan)是(shi)在引導(dao)這(zhe)個公式時,他(ta)不(bu)得不(bu)假設(she)這(zhe)些原子諧(xie)振(zhen)子的(de)能量(liang),不(bu)是(shi)連續的(de)(這(zhe)是(shi)經典物(wu)理(li)學(xue)的(de)觀點),而(er)是(shi)離(li)散的(de):En=nhν

    這里(li)n是(shi)一個(ge)(ge)整數(shu),h是(shi)一個(ge)(ge)自然(ran)常數(shu)。(后來(lai)證明正確(que)的公式,應該以n+1/2來(lai)代替n,參見零點能(neng)量)。1900年,普(pu)朗克(ke)在描述他的輻射能(neng)量子化(hua)的時候非常地小心,他僅假設被吸收和放射的輻射能(neng)是(shi)量子化(hua)的。今天(tian)這個(ge)(ge)新的自然(ran)常數(shu)被稱為普(pu)朗克(ke)常數(shu)來(lai)紀念普(pu)朗克(ke)的貢(gong)獻。其值(zhi)為 6.6260693 × 10 焦耳-秒

    光電效應

    1905年(nian),阿(a)爾伯(bo)特·愛因(yin)斯坦通(tong)過(guo)(guo)(guo)擴(kuo)展(zhan)普朗克的(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)子(zi)理(li)論(lun),提出(chu)(chu)不僅(jin)僅(jin)物質與(yu)電磁輻射(she)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)互作用是量(liang)子(zi)化的(de)(de)(de)(de)(de),而且量(liang)子(zi)化是一個(ge)基本物理(li)特性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論(lun)。通(tong)過(guo)(guo)(guo)這(zhe)個(ge)新理(li)論(lun),他得以解釋光(guang)(guang)電效應。海因(yin)里(li)希·魯(lu)道(dao)夫·赫茲和(he)菲利普·萊納德(de)等人的(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)驗,發(fa)現通(tong)過(guo)(guo)(guo)光(guang)(guang)照(zhao),可以從金屬中打出(chu)(chu)電子(zi)來(lai)。同時他們可以測量(liang)這(zhe)些電子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)能(neng)。不論(lun)入射(she)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)強度(du),只有(you)當光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)頻率,超過(guo)(guo)(guo)一個(ge)臨限值(截止頻率)后,才會有(you)電子(zi)被射(she)出(chu)(chu)。此(ci)后被打出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)電子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)能(neng),隨光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)頻率線(xian)性(xing)升高,而光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)僅(jin)決定射(she)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)電子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)數量(liang)。愛因(yin)斯坦提出(chu)(chu)了光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)子(zi)(光(guang)(guang)子(zi)這(zhe)個(ge)名(ming)稱后來(lai)才出(chu)(chu)現)的(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論(lun),來(lai)解釋這(zhe)個(ge)現象(xiang)。光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)為(wei)hν

    在(zai)光電(dian)效(xiao)應中這個能量被用來(lai)將金屬中的電(dian)子射出(chu)(逸出(chu)功W0)和(he)加速電(dian)子(動(dong)能):

    愛因斯坦光電效(xiao)應方程:

    1/2mv∧2═hν-W0

    這里m是電(dian)子的(de)(de)質量,v是其速度(du)。假如光(guang)的(de)(de)頻率(lv)太小的(de)(de)話,那么它(ta)無法使得電(dian)子越過逸出功,不論光(guang)強有多(duo)大。

     

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