Kvantové vlastnosti záření a vlnová podstata částic

Kvantové vlastnosti záření a vlnová podstata částic: zákony vnějšího fotoelektrického jevu, Einsteinova fotoelektrická rovnice; vnitřní fotoelektrický jev; de Brogliovy vlny – jejich pravděpodobnostní význam; Bohrovo vysvětlení čárového spektra atomů. Comptonův jev, Franckův – Hertzův pokus, stimulovaná emise záření – LASER.

Světlo jako vlnění je charakterizováno vlnovou délkou a frekvencí f platí:
Částice nesoucí energii světla jsou fotony, každý nese elementární kvantum energie
(Planckova konstanta)

FOTOELEKTRICKÝ JEV – některé látky mohou při dopadu záření uvolňovat elektrony a vést elektrický proud.

Vnější fotoefekt (výstup elektronů z povrchu kovu dopadajícím zářením)
ZÁKONY:
1) Pro každý kov existuje jistá mezní frekvence f0 záření, při níž se z kovu uvolňují elektrony.
Jestliže je frekvence f záření menší než frekvence mezní (f < f0), fotoelektrický jev nastává.
2) Při f > f0 je počet uvolněných elektronů (velikost fotoproudu) úměrný intenzitě záření, které
dopadá na fotokatodu.
3) Energie fotoelektronů je přímo úměrná frekvenci záření. Tato energie nezávisí na intenzitě
dopadajícího záření.

A. Einstein:
elektron kovu katody může pohltit jen jediný foton záření zvětší se kinetická energie atomu, při nedostatečné energii nemůže dojít k uvolnění elektronu. Práce potřebná k uvolnění elektronu je výstupní práce Wv a závisí na vlastnostech kovu. Platí ZZE.
Einsteinova rovnice pro fotoelektrický jev:
. . . mezní frekvence (viz zákony)
me-hmotnost elektronu, v-jeho rychlost po opuštění kovu, vlevo je energie fotonu

Vnitřní fotoefekt
- dopadem záření se uvolňují elektrony v polovodiči
- využívá se toho k přeměně energie světelné (záření) na energii elektrickou

CHARAKTER FOTONŮ
- světlo i jiné druhy elektromagnetického záření chápáno jako proud fotonů
- fotony se chovají jako částice
- fotony mají svou hmotnost
- fotony mají svou hybnost

Elektromagnetické záření má současně vlnovou povahu, která se projevuje interferencí, ohybem
a polarizací, i částicovou (korpuskulární) povahu, kdy se záření chová jako proud fotonů.
= korpuskulárně vlnový dualismus
DE BROGLIEOVY VLNY
- L. de Broglie vyslovil předpoklad, že nejen fotony elmg. záření, ale i částice látky mají jak vlastnosti částic, tak vlastnosti vlnění.
- každé částici o energii E a hybnosti p přísluší vlnová délka a frekvence
Pomocí de Broglieových vln lze určit pravděpodobnost , s níž se částice bude nacházet v určitém místě prostoru.
-> základem vlnové funkce

BOHROVY POSTULÁTY
Atom je stabilní soustava, složená z kladně nabitého jádra, v němž je soustředěna téměř celá hmotnost atomu, a elektronového obalu.
Atom se může nacházet pouze v kvantových stacionárních stavech s určitou hodnotou energie (na určitých energetických hladinách). V takovém stavu atom ani nepřijímá ani nevydává energii a rozložení elektronů v jeho obalu je časově neproměnné.
Při přechodu z hladiny En do nižší hladiny Em může atom vyzářit kvantum elmg. záření (foton) o frekvenci:

COMPTONŮV JEV
- A. H. Compton nechal dopadat RTG záření na destičku z grafitu
- Z hlediska klasické fyziky by se vlnová délka (tudíž i frekvence) rozptýleného záření neměla změnit, avšak Compton zjistil, že rozptýlené záření má menší frekvenci než záření dopadající

FRANCKŮV – HERTZŮV POKUS
- dokazuje Bohrovy postuláty

Stimulovaná emise záření – LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
Když na atom ve stavu E2 dopadá záření s frekvencí f, atom může přejít do stavu E1 a vyzářit při tom enrgii E2-E1. Uvolněné záření má stejnou fázi (koherentní) jako záření které tuto emisi vyvolalo ࠺esiluje ho ࠳timulovaná emise

Využití LASERU v praxi:
lékařství, průmysl (obrábění kovů, svařování), radar, dálkoměr, navádění zbraní, geodézie, spoje, technologie optických nosičů informací (CD, CDR, CDRW)