ТОП 10:

Корпускулярно-волновой дуализм излучения. Фотоны. Взаимосвязь волновых и корпускулярных характеристик фотонов. Связь между корпускулярной и волновой картинами.



Классическая и квантовая физика:

Классическая физика: макроскопические тела и явления;

Квантовая физика: изучение микромира.

Макромир: модели 1) частица (корпускула), совокупность частиц; 2) поле (волна).

Частицы и поле – разные объекты классической физики. Для описания конкретного макроскопического явления всегда используется одна модель. Опыт показывает. Что объекты микромира иногда ведут себя как частицы, а иногда как волны.

Микромир:

Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества:

Корпускулярно-волновой дуализм – это универсальный закон природы, которому подчиняются все физические тела, т.е. те объекты, которые классическая физика считала волнами, проявляют корпускулярные свойства тем отчетливее, чем меньше длина волны.

Луи де Бройль, выдвинул гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Де Бройль ут­верждал, что не только фотоны, но и элек­троны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают так­же волновыми свойствами.

Итак, согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связываются, с одной сто­роны, корпускулярные характеристики — энергия Е и импульс р, а с другой — волновые характеристики — частота v и длина волны λ. Количественные соотно­шения, связывающие корпускулярные и волновые свойства частиц, такие же, как для фотонов: E=hv, p=h/l.

Смелость гипотезы де Бройля заключа­лась именно в том, что соотношение вышенаписанных формул постулировалось не только для фотонов, но и для других микрочастиц, в частности для таких, которые обладают массой покоя. Таким образом, любой частице, обладающей импульсом, сопо­ставляют волновой процесс с длиной вол­ны, определяемой по формуле де Бройля: l=h/p.

Счи­тается, что макроскопические тела про­являют только одну сторону своих свойств — корпускулярную — и не прояв­ляют волновую.

Всем микро­объектам присущи и корпускулярные, и волновые свойства; в то же время любую из микрочастиц нельзя считать ни части­цей, ни волной в классическом понимании.

Фотоны. Связь корпускулярной и волновой картин:

 

 

Корпускулярные свойства излучения отчетливо заметны на коротких волнах (рентгеновские лучи, гамма лучи). А волновые свойства легче наблюдать на длинных волнах (видимый свет).

Волна: Е ~ А2

Частицы (поток частиц): Е ~ N(число фотонов).

Там, где амплитуда волнового поля велика, велика и концентрация фотонов. Между волнами и частицами вероятностная (статистическая) связь.

Волна определяет вероятность нахождения частицы в данной области.

 

 

21. Волна де Бройля. Дифракция электронов. Статистический смысл волн де Бройля. Электронный микроскоп как пример практического использования электронных волн.

Исходя из соображения симметрии, де Бройль предложил, что не только излучения (электромагнитные волны) обладают двойственной природой, но и частицы в классическом понимании (электроны и т.д.), имеющие массу покоя, проявляют волновые свойства. Для микрочастиц используются те же формулы взаимосвязи волновых и корпускулярных характеристик.

- формула длины волны де Бройля.

- импульс, где m – масса частицы.

, υ<<с – нерелятивистская m≈m0.

Свободная частица υ=const, p=const представляет собой гармоническую волну (1923 г).

Спустя 4 года идея де Бройля получила экспериментальное подтверждение (1927 г).

1. Опыт Дэвисона и Джермера:

Электроны рассеиваются в таких направлениях, где наблюдаются дифракционные максимумы, соответствующие их длине волны.

2. Опыт Томсона:

Корпускулярно-волновой дуализм – это универсальный закон природы, которому подчиняются все физические тела, т.е. те объекты, которые классическая физика считала волнами, проявляют корпускулярные свойства тем отчетливее, чем меньше длина волны.

Классические частицы – электроны ведут себя как волны, дифрагируя на кристаллической решетке.

Опыт показывает, сто каждая частица локализуется на экране в виде точки. Если в опыте Томсона электроны будут не пучком, о поодиночке проходить через фольгу. То след каждого из них на экране будет случайным событием.

 

Поведением электронов управляет волна. Там, где амплитуда волнового поля велика, плотность электронных следов тоже велика. Там, где амплитуда волнового поля равна нулю, электронных следов вообще нет.

Волна де Бройля не является физической, в том смысле, что не является распространением каких-либо физических колебаний. Например, упругая волна.

Волны де Бройля не физические, а математические, т.е. статистические или вероятностные. Волна управляет вероятностью попадания микрочастицы в данную область пространства.

Примеры:

1. Молекула О2 в воздухе при Т≈300К

- слишком мала, чтобы заметить волновые свойства (дифракцию).

Даже молекулы врядли могут обнаружить свои волновые свойства, не говоря уже о более крупных телах.

2. Человек:

3. Электрон:

Вероятность дифракционного рассеяния электронов кристаллами достаточно велика. Это наблюдалось экспериментально. Электронные волны используются в электронном микроскопе, который имеет на несколько порядков больше разрешающую способность, чем оптический микроскоп. Электронография и нейтронография широко используется при изучении свойств вещества на атомно-кристаллическом уровне.

 







Последнее изменение этой страницы: 2017-01-23; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.219.217.107 (0.007 с.)