Увсех классических механических волн (в жидкостях, газах и твердых телах) главный параметр, определяющий энергию волны, — это ее амплитуда (точнее, квадрат амплитуды). в случае света амплитуда определяет интенсивность излучения. однако при изучении явления фотоэффекта — выбивания светом электронов из металла — обнаружилось, что энергия выбитых электронов не связана с интенсивностью (амплитудой) излучения, а зависит только от его частоты. даже слабый голубой свет выбивает электроны из металла, а самый мощный желтый прожектор не может выбить из того же металла ни одного электрона. интенсивность определяет, сколько будет выбито электронов, — но только если частота превышает некоторый порог. оказалось, что энергия в электромагнитной волне раздроблена на порции, получившие название квантов. энергия кванта электромагнитного излучения фиксирована и равна e = hν, где h = 4·10–15 эв·с = 6·10–34 дж·с — постоянная планка, еще одна величина, определяющая свойства нашего мира. с отдельным электроном при фотоэффекте взаимодействует отдельный квант, и если его энергии недостаточно, он не может выбить электрон из металла. давний спор о природе света — волны это или поток частиц — разрешился в пользу своеобразного синтеза. одни явления описываются волновыми уравнениями, а другие — представлениями о фотонах, квантах электромагнитного излучения, которые были введены в оборот двумя — максом планком и альбертом эйнштейном. энергию квантов в принято выражать в электрон-вольтах. это внесистемная единица измерения энергии. один электрон-вольт (1 эв) равен энергии, которую приобретает электрон, когда разгоняется электрическим полем напряжением 1 вольт. это небольшая величина, в единицах системы си 1 эв = 1,6·10–19 дж. но в масштабах атомов и молекул электрон-вольт — вполне солидная величина.от энергии квантов напрямую зависит способность излучения производить определенное воздействие на вещество. многие процессы в веществе характеризуются пороговой энергией — если отдельные кванты несут меньшую энергию, то, как бы много их ни было, они не смогут спровоцировать надпороговый процесс. немного забегая вперед, примеры. энергии свч-квантов хватает для возбуждения вращательных уровней основного электронно-колебательного состояния некоторых молекул, например воды. энергии в доли электрон-вольта хватает для возбуждения колебательных уровней основного состояния в атомах и молекулах. этим определяется, например, поглощение инфракрасного излучения в атмосфере. кванты видимого света имеют энергию 2–3 эв — этого достаточно для нарушения связей и провоцирования некоторых реакций, например, тех, что протекают в фотопленке и в сетчатке глаза. ультрафиолетовые кванты могут разрушать более сильные связи, а также ионизировать атомы, отрывая внешние электроны. это делает ультрафиолет опасным для жизни. рентгеновское излучение может вырывать из атомов электроны с внутренних оболочек, а также возбуждать колебания внутри атомных ядер. гамма-излучение способно разрушать атомные ядра, а самые энергичные гамма-кванты даже внедряются в структуру элементарных частиц, таких как протоны и нейтроны.
10. установка для наблюдения колец ньютона освещается нормально монохроматическим светом (λ = 590 нм). радиус кривизны r линзы равен 5 см. определить толщину δ воздушного промежутка в том месте, где в отраженном свете наблюдается третье светлое кольцо.520. расстояние между штрихами дифракционной решетки d = 4 мкм. на решетку падает нормально свет с длиной волны λ = 0,58 мкм. максимум какого наибольшего порядка дает эта решетка?530. пучок света падает на плоскопараллельную стеклянную пластину, нижняя поверхность которой находится в воде. при каком угле падения α свет, отраженный от границы стекловода, будет максимально поляризован?540. релятивистский протон обладал кинетической энергией, равной энергии покоя. определить, во сколько раз возрастет его кинетическая энергия, если его импульс увеличится в n = 2 раза. решение:так как протон двигается со скоростью близкой к скорости света необходимо пользоваться релятивистскими формулами для нахождения импульса и энергии частицы. так как масса протона в состоянии покоя m0=1,67×10-27кг, то импульс равен. кинетическая энергия для релятивистской частицы равна. откуда, и, поэтому отсюда находим энергию. аналогично имеем. подставляем и получаем. так как, то. то есть энергия увеличится в раз.550. средняя энергетическая светимость r поверхности земли равна 0,54 дж/(см2×мин). какова должна быть температура т поверхности земли, если условно считать, что она излучает как серое тело с коэффициентом черноты α=0,25?560. на цинковую пластину направлен монохроматический пучок света. фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов u= 1,5 в. определить длину волны λ света, на пластину.570. определить импульс pe электрона отдачи, если фотон с энергией εф = 1,53 мэв в результате рассеяния на свободном электроне потерял 1/3 своей энергии.580. точечный источник монохроматического (λ = 1 нм) излучения находится в центре сферической зачерненной колбы радиусом r = 10 см. определить световое давление p, производимое на внутреннюю поверхность колбы, если мощность источника w = 1 квт
