Читать онлайн «Квантовые свойства света: Методические указания к решению задач по атомной физике для студентов физического факультета»

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» «КВАНТОВЫЕ СВОЙСТВА СВЕТА» МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к решению задач по атомной физике для студентов физического факультета Ростов-на-Дону 2006  Методические указания разработаны кандидатом физико-математических наук, ассистентом кафедры нанотехнологии И. Н. Леонтьевым и кандидатом фи- зико-математических наук, зав. кафедрой нанотехнологии Ю. И. Юзюком. Ответственный редактор канд. физ. -мат. наук И. Н. Леонтьев Компьютерный набор и верстка инженер Г. А. Колесников Печатается в соответствии с решением кафедры общей физики физического факультета РГУ, протокол № 21 от 25 апреля 2006 г. 2  ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ • Закон Стефана - Больцмана Re = σT 4 , где Rе – энергетическая светимость черного тела; Т – термодинамическая тем- пература; σ - постоянная Стефана – Больцмана. • Энергетическая светимость серого тела в классическом приближении Re = εσT 4 , где ε – коэффициент теплового излучения (степень черноты) серого тела. • Закон смещения Вина λm = b T , где λm – длина волны, на которую приходится максимум энергии излучения; b -постоянная закона смещения Вина. • Энергия фотона hc ε = hν = или ε = hω , λ где h – постоянная Планка; h = h /(2π ) ; ν – частота излучения; ω – циклическая частота; λ – длина волны. • Формула Планка для спектральной плотности энергии hω 3 1 f (ω , T ) = 2 3 , π c exp(hω / кT ) − 1 где f (ω , T ) – спектральная плотность энергетической светимости черного те- ла; ω – круговая частота; с – скорость света в вакууме; к – постоянная Больц- мана; h – постоянная Планка. • Формула Эйнштейна для фотоэффекта ε = A + Emax , 3  где ε – энергия фотона, падающего на поверхность металла; А – работа выхода электрона из металла; Еmax – максимальная кинетическая энергия фотоэлектро- на. • Коротковолновая граница λmin сплошного рентгеновского спектра 2πhc λmin = , eU где h – постоянная Планка; с – скорость света в вакууме; е – заряд электрона; U – разность потенциалов, приложенная к рентгеновской трубке. • Давление производимое светом при нормальном падении, Ee p= (1 + ρ ) или p = w(1 + ρ ) , c где Ee – облученность поверхности; с – скорость электромагнитного излучения в вакууме; w – объемная плотность энергии излучения; ρ – коэффициент отра- жения. • Изменение длины волны ∆λ фотона при рассеянии его на свободном электроне на угол θ 2πh ∆λ = λ ′ − λ = (1 − cosθ ) , mc где m – масса покоя электрона отдачи; с – скорость света в вакууме; 2πh / mc = λC – комптоновская длина волны. 4 Задача №1 Исследование спектра излучения Солнца показывает, что максимум спектральной плотности энергетической светимости соответствует длине волны λ = 500 нм.