Досліди Йоффе і Добронравова
ФІЗИКА
Частина 4
ОПТИКА. СПЕЦІАЛЬНА ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ
Розділ 13 КОРПУСКУЛЯРНІ ВЛАСТИВОСТІ СВІТЛА
13.6. Досліди Йоффе і Добронравова
У 1922 р. А. Ф. Йоффе і М. І. Добронравов виконали спеціальні досліди з елементарного фотоефекту, якими було експериментально підтверджено поширення випромінювання у вигляді окремих фотонів та квантовий характер взаємодії випромінювання з речовиною. Схему установки зображено на рис. 13.4. У товстій ебонітовій пластинці було зроблено порожнину, з якої відкачували повітря. Ця порожнина відігравала
Рис. 13.4
З погляду хвильових уявлень про характер електромагнітного випромінювання результати дослідів Йоффе і Добронравова пояснити не можна. Якби енергія рентгенівських імпульсів рівномірно розподілялась відповідно до хвильової теорії по всьому сферичному фронту хвилі, то тоді долі одного електрона порошинки відповідала б мізерна кількість енергії, недостатня для його вивільнення з металу. Отже, або один електрон неймовірно тривалий час (τ ≈ 30 хв) накопичував енергію рентгенівського випромінювання, не віддаючи її сусіднім частинкам, або всі електрони порошинки незрозумілим чином мали б іноді передавати енергію, що ними поглинута, одному електрону, який вивільнюється з порошинки. Проте таке пояснення втрачає всяку підставу, оскільки випромінювання електрона відбувалось з однаковою енергією через різні проміжки часу.
Результати дослідів Йоффе і Добронравова можна пояснити, виходячи із корпускулярних уявлень про структуру випромінювання:
А) з потоку рентгенівського випромінювання при поглинанні електрон сприймає енергію одного фотона, а не довільну кількість енергії;
Б) рентгенівський фотон, маючи енергію, достатню для того, щоб вивільнити з металу велику кількість електронів, поглинається лише одним із них.
Ці досліди дають змогу встановити квантовий характер електромагнітного випромінювання. Відстань від антикатода до порошинки (2 ∙ 10-4 м) фотон долає за 7 ∙ 10-13 с. Наступний фотон випромінюється через 10 с, тобто через багато часу після того, як попередній фотон вийшов далеко за межі установки або вирвав з порошинки електрон.
Квантова природа електромагнітного випромінювання проявляється в тому, що порошинка поглинає не частину енергії фотона, що падає на неї, а всю енергію фотона цілком. Квантові властивості випромінювання виявляються при розсіюванні фотонів великих енергій ε. При λ = 0,1 нм енергія кванта буде hν = 1,92 ∙ 1015 Дж = 1,2 ∙ 104 еВ, що набагато перевищує енергію зв’язку зовнішніх електронів у атомі, яка становить близько 1… 10 еВ. Тому при взаємодії рентгенівського фотона з таким електроном атома електрон можна розглядати як слабко пов’язаний з атомом або навіть практично вільний. При поглинанні фотона такий “вільний” електрон поглинає практично всю енергію фотона і виходить далеко за межі початкового атома. Поглинувши фотон, електрон може відразу випустити такий самий фотон або фотон меншої енергії (і частоти). Явище розсіювання рентгенівського випромінювання електронами докладно вивчив А. Комптон.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...