Фотоны. Энергия и импульс фотона

Характер взаимодействия порции энергии — кванта – с веществом, оказался очень похожим на взаимодействие частиц с веществом. Свойства излучения, которые обнаруживаются при его испускании или поглощении, называют корпускулярными (корпускула — частица). Сама же порция электромагнитного излучения получила название частицы – фотон.

Так, например, тепловое излучение – это фотоны всех частот, но число фотонов имеющих энергию hv определяется по графику распределения P (v) для соответствующей температуры излучения.

Квантовая теория приписывает новой частице – фотону – следующие характеристики:

а) масса фотона равна нулю;

б) энергия фотона Е _ф = hv, где v – частота излучения;

в) импульс фотона равен и совпадает с направлением распространения излучения.

Равенство нулю массы фотона означает невозможность его нахождения в покоящемся состоянии. Фотон всегда движется и причем только со скоростью света.

Итак, электромагнитное излучение обладает волновыми (объяснение опытов по интерференции и дифракции света) и корпускулярными (объяснение фотоэффекта и спектра равновесного теплового излучения) свойствами. Такое сочетание свойств обозначается термином корпускулярно-волновой дуализм. При распространении света проявляются волновые свойства света, а при взаимодействии с веществом – корпускулярные. Однако это не означает, что свет излучается как поток частиц, затем превращается в волну и распространяется волной, а при поглощении превращается обратно в фотоны. Электромагнитное излучение одновременно обладает и волновыми, и корпускулярными свойствами. Это справедливо и для любого излучения независимо от его частоты. Однако отметим, что при увеличении частоты излучения его корпускулярные свойства проявляются ярче.

1. Мы лишены возможности наглядно представлять себе в полной мере процессы в микромире, так как они совершенно отличны от макроскопических явлений, которые человечество наблюдало на протяжении многих тысяч лет и основные законы которых были сформулированы к концу XIX века.

2. Через некоторое время после того, как представления о двойственной структуре света утвердились в научных кругах, было высказано предположение, что и другие частицы, а точнее их движение, могут быть описаны волной. Другими словами, движение любых частиц, имеющих энергию Е и импульс р, можно рассчитать с помощью теории волн. При этом движущаяся частица представляется как волна с частотой и длиной волны . Впоследствии эти волны получили название волны де Бройля в честь ученого, высказавшего это предположение.

3. В дальнейшем это предположение было экспериментально проверено для электронов и подтвердилось. Волновые свойства были обнаружены и у более крупных частиц, вплоть до молекул.

Поиск по сайту: