Эффект Комптона

Лекция 3

Эффект Комптона

Комптон исследовал рассеяние жесткого рентгеновского из­лучения на образцах, состоящих из легких атомов, таких как графит, парафин и др. Схема его… Источником рентгеновского излучения служила рентгенов­ская трубка с… Комптон обнаружил, что в рассе­янном излучении, наряду с исходной длиной волны λ, появля­ется смещенная линия с…

Давление света. Плоский световой поток интенсивности Iосвещает половину зеркальной сферической поверхности радиуса R. Найдем с помощью корпускулярных представлений силу светового давления, испытываемую сферой. Для простоты будем считать падающий свет монохроматическим с частотой ω. Как это отразится на окончательном результате, мы увидим.

Сначала найдем силу dF, действующую на элементарное кольцо dS (рис.1.19) в направлении оси ОX. При зеркальном отражении каждый фотон передает поверхности импульс ∆p_x (рис. 1.20):

, где p = ħω/c.

 

Число фотонов, падающих ежесекундно на элементарное кольцо dS (см. рис. 1.19), равно , где . Тогда

.

Частота света сократилась, значит, она не играет здесь роли. Проинтегрировав последнее выражение по θ от 0 до π/2, получим

.

Интересно, что полученный результат в данном случае такой же, как и в случае абсолютно поглощающей поверхности. Кроме того, он в точности совпадает с результатом, полученным с помощью классических волновых представлений.

2. Эффект Доплера. Возбужденный атом, двигавшийся с нерелятивистской скоростью , испустил фотон под углом θ к первоначальному направлению движения атома. Найдем с помощью законов сохранения энергии и импульса относительное смещение фотона, обусловленной отдачей атома. Пусть «закрепленный» неподвижный атом при переходе из возбужденного состояния в нормальное испускает фотон с энергией ћ. Разность энергий указанных состояний атома равна вне зависимости от того, покоится атом, или движется. При испускании фотона свободно движущимся атомом импульс атома изменяется, поскольку испущенный фотон обладает импульсом. Изменится и кинетическая энергия атома. Согласно законам сохранения энергии и импульса (рис. 1.21)

и ,

где Е* - энергия возбуждения атома, Е*=, а .

Исключив из этих двух уравнений p’², получим:

Учитывая, что энергия фотона и перед скобкой можно заменить на (их разность весьма мала), приходим к следующему результату:

где. Полученная формула совпадает с обычным нерелятивистским выражением для эффекта Доплера .

Тормозное рентгеновское излучение

= . (1.19) Эту формулу можно интерпретировать и иначе: не как переход энергии светового… eU=.

Корпускулярно-волновой дуализм света

Эффект Комптона и фотоэффект подтверждает корпускулярную природу света. Свет ведет себя как поток частиц – фотонов. Тогда как же частица может… Противопоставление квантовых и волновых свойств света друг другу является… Взаимосвязь корпускулярно-волновых свойств света объясняется статистическим подходом к исследованию распространения…