Эффект Комптона. Опыт Боте. Давление света. Эффект Доплера
Лекция 3
Эффект Комптона. Опыт Боте. Давление света. Эффект Доплера
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 ∆px (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, обусловленное 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.