Курсовые по энергетике
БН
Экология
Карта

Физика. Конспекты, примеры решения задач

 Рассмотрим примеры квантовых процессов.

Фотоэффект – это вырывание электронов из металла под действием электромагнитной волны. На квантовом языке происходит следующее: в начальном состоянии имеется электрон, связанный с проводником, и фотон с энергией . Чтобы вырвать электрон из металла и перевести его из связанного состояния в свободное, нужно произвести некоторую работу. Та наименьшая работа, которую нужно произвести, чтобы вырвать электрон из металла, называется работой выхода, обозначим ее через А. Значит, в начальном состоянии имеется электрон с энергией , знак « - » означает, что электрон находится в связанном состоянии в металле, и фотон с энергией . В результате взаимодействия фотон поглощается, а электрон переходит в свободное состояние с энергией . Кроме того, часть энергии превращается в тепловую энергию, т.к. вырванный электрон сталкивается с окружающими атомами и передаёт им часть энергии. Обозначая эту энергию через Епотерь (это энергия потерь), получаем закон сохранения:

 .

Если , то получаем электрон с максимальной скоростью, vmax:

=А+ . (13)

 Отсюда наименьшее значение частоты фотона, способного вырвать электрон, составляет:  (красная граница). Фотон вырывает электрон из металла, если его энергия достаточно велика, а именно: если она превышает . Уравнение (13) известно как уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Тормозное рентгеновское излучение

Поток электронов, испущенных катодом, падает на анод. Электрон, падая на анод, тормозится и испускает рентгеновские кванты. Если U – напряжение между катодом и анодом, то непосредственно перед столкновением энергия электрона равна . Если  – энергия электрона после столкновения,  - энергия испускаемого кванта, то получаем закон сохранения:

.

Но т.к. , то отсюда   /=max – это максимальная частота рентгеновских фотонов. Значит  - это наименьшая длина волны рентгеновских квантов. Получаем коротковолновую границу рентгеновского тормозного излучения: в тормозном излучении имеются лишь фотоны с длиной волны , . Как видим, рассматриваемое явление, как и фотоэффект, - чисто квантовое.

Комптон-эффект –

это рассеяние электромагнитной волны на свободных электронах. В результате рассеяния изменяется частота волны. Вычисления показывают, что разность частот падающей и рассеянной волн зависит от угла  между направлениями падающей волны и рассеянной: , где - некоторая функция. Приведем формулу для разности длин волн:

 (14)

Согласно  (14),

 .

Величина

 м (15)

называется комптоновской длиной волны электрона. Как видно из (14), Комптон-эффект - это тоже существенно квантовый эффект.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Законы и формулы к выполнению задач по теме №3

Закон Кулона:

,  (3.1)

где F – сила взаимодействия точечных зарядов Q1 и Q2; r – расстояние между зарядами;  – диэлектрическая проницаемость среды; ε0 – электрическая постоянная.

Напряженность электрического поля:

.  (3.2)

Потенциал электрического поля:

,  (3.3)

где П – потенциальная энергия точечного положительного заряда Q, находящегося в данной точке поля (при условии, что потенциальная энергия заряда, удаленного в бесконечность, равна нулю).

Напряженность и потенциал поля, создаваемого системой точечных зарядов (принцип суперпозиции электрических полей):

,  (3.4)

где , φi – напряженность и потенциал в данной точке поля, создаваемого i-м зарядом.

Напряженность и потенциал поля, создаваемого точечным зарядом:

, (3.5)

где r – расстояние от заряда Q до точки, в которой определяются напряженность и потенциал.

Напряженность и потенциал поля, создаваемого проводящей заряженной сферой радиуса R на расстоянии r от центра сферы (заряд сферы Q):

если r<R, то E=0; ; (3.6)

если r=R, то ; (3.7)

если r>R, то ; . (3.8)


Анализ электрических цепей