Ανδρέας Ιωάννου  Κασσέτας

ΦΩΤΟΝΙΑ και ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ
 


                                  

Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
 

 

 


Τι είναι.   Η εκπομπή ηλεκτρονίων από ένα μέταλλο η οποία προκαλείται από την πρόσπτωση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην επιφάνειά του  (1892)

Τι διαπιστώνεται εργαστηριακά. οι ΝΟΜΟΙ.

Η ένταση του φωτοηλεκτρικού ρεύματος αυξάνεται ανάλογα με την ένταση της προσπίπτουσας δέσμης

Φωτοηλεκτρικό ρεύμα δημιουργείται ΜΟΝΟ εφόσον η συχνότητα της ακτινοβολίας είναι μεγαλύτερη από μία οριακή τιμή.

Η  κινητική ενέργεια των φωτοηλεκτρονίων εξαρτάται ΜΟΝΟ από τη συχνότητα της  ακτινοβολίας και όχι από την έντασή της

Πώς ερμηνεύεται. Είναι αδύνατον να δοθεί μια ερμηνεία από την κλασική φυσική  

 

η ΕΡΜΗΝΕΊΑ    1905. Υπόθεση Einstein.

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία συγκροτείται από σωματίδια  - φωτόνια -  ενέργειας hf

Διατήρηση της ενέργειας.                               ½mυ2 = hf - b

 

 

Το φαινόμενο Compton
 


                                 

Τι είναι.   Η σκέδαση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας πάνω σε ελεύθερα ηλεκτρόνια η οποία συνοδεύεται από αύξηση του μήκους κύματος      (1922)

Τι διαπιστώνεται εργαστηριακά. Μία σχέση ανάμεσα στην αύξηση του μήκους και στη γωνία σκέδασης

                                                                       Δλ = h/mc (1- συνθ)

Πώς ερμηνεύεται. Είναι αδύνατον να δοθεί μια ερμηνεία από την κλασική φυσική  

η ΕΡΜΗΝΕΊΑ

Υπόθεση 1 .  Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία συγκροτείται από φωτόνια.

                                        Κάθε φωτόνιο έχει ΕΝΕΡΓΕΙΑ  hf  και ΟΡΜΗ h/λ

Υπόθεση 2 . Ισοδυναμία μάζας και ενέργειας. Ε = mc2.

H ρελατιβιστική σχέση ενέργειας και ορμής.   Ε2 = p2c 2 +m02c4       

 

Διατήρηση της ενέργειας.  hf + mc2 = hf΄ + E

Διατήρηση της ορμής .     Κατά τον άξονα x        hf/c  =   hf΄/c συνθ + pηλσυνφ                                                     

                                                Κατά τον άξονα y        0  =   hf΄/c ημθ  - pηλημφ

                                         Δλ = h/m0c (1- συνθ)

Η ποσότητα h/mc (μήκος κύματος Compton, λc) είναι ίση με 2,4. 10-2 Ǻ. Αυτό σημαίνει ότι η μεταβολή στο μήκος κύματος είναι αμελητέα για το ορατό φως ( λ ≃6000 Ǻ ) και γίνεται σημαντική για τις ακτίνες Χ

Η ποσοστιαία μεταβολή       Δλ/λ = λc/λ (1- συνθ) είναι σημαντική ανιχνεύσιμη εφόσον το μήκος κύματος του προσπίπτοντος φωτονίου είναι συγκρίσιμο με το λc

Ένα φωτόνιο με μήκος κύματος λc έχει ισοδύναμη μάζα ίση με τη μάζα ηρεμίας m0 του ηλεκτρονίου. Το φαινόμενο, με άλλα λόγια,  θα είναι αισθητό,

εφόσον το φωτόνιο είναι εξίσου «βαρύ» ή βαρύτερο από το ηλεκτρόνιο