13 obserwujących
12 notek
145k odsłon
  1131   0

Promienie świetlne Einsteina, jako kwanty energii

A. Einstein-O pewnym heurystycznym punkcie
A. Einstein-O pewnym heurystycznym punkcie

A. Einstein był wielkim zwolennikiem korpuskularnej teorii światła Newtona, który twierdził, że światło składa się z drobnych cząsteczek (korpuskuł), przemieszczających się z ogromnymi prędkościami. Dzięki temu światło "podróżuje" po liniach prostych.

Ogromny autorytet Newtona, który nie wierzył w falową teorię światła, zaciążył na poglądach A. Einsteina.

W 1905 r. wykorzystując teorię o elementach energii oscylatorów M. Plancka, na gruncie zjawiska fotoelektrycznego, wnikliwie już zbadanego przez Lenarda w 1903 r., postanowił przywrócić do życia korpuskularną teorię światła Newtona, już nie z maleńkimi kuleczkami, ale promieniami świetlnymi  (lichtstrahles) jako kwantami energii (energiequanten).  

image

Philipp von Lenard badając zauważył, że powyżej pewnej wartości dodatniego napięcia przyłożonego do płytki zanika prąd emisji, przy czym napięcie to zależy wyłącznie od częstotliwości padającego światła, a nie jego natężenia.

image

W 1902 r. ustalił on empiryczne prawa rządzące zjawiskiem fotoelektrycznym:

1) liczba elektronów jest proporcjonalna do natężenia padającego promieniowania elektromagnetycznego;

2) maksymalna energia elektronów jest wprost proporcjonalna do częstości promieniowania, nie zależy natomiast od jego natężenia;

3) istnieje granica częstości νgr, poniżej której zjawisko nie zachodzi, tzn. promieniowanie o częstości niższej niż charakterystyczna dla danego metalu częstość graniczna nie powoduje emisji elektronów.

W 1904 r. Einstein zajął się więc zjawiskiem fotoelektrycznym, by w 1905 r., zasugerować, jako pierwszy, że energia kwantyzacji jest własnością samego promieniowania.

Poszedł dalej niż M. Planck i dopowiedział, że łatwo sobie wyobrazić takie procesy absorpcji i emisji porcjami, gdyż samo promieniowanie widocznie składa się z kwantów energii (energiequanten), a energia promieniowania o określonej częstości zawiera z reguły wiele takich kwantów energii.

Chociaż Einstein uważał teorię Maxwella, niby za słuszną, wskazał, że wiele niewytłumaczalnych eksperymentów mogłoby być wyjaśnione gdyby energia Maxwellowskiej fali świetlnej była zlokalizowana w punktowych kwantach, poruszających się niezależnie od siebie, nawet, jeżeli sama fala rozprzestrzenia się w sposób ciągły w przestrzeni.

image

image

image

A. Einstein w swym artykule:O pewnym heurystycznym punkcie widzenia na produkcję i przemianę światła (1905 r.) używa pojęcia  promień świetlny  (lichtstrahl). Kluczowe zdanie w tym artykule brzmi:

image

Nach der hier ins Auge zu fassenden Annahme ist bei Ausbreitung eines von einem Punkte ausgehenden Lichtstrahles die Energie nicht kontinuierlich auf größer und größer werdende Räume verteilt, sondern es besteht dieselbe aus einer endlichen Zahl von in Raumpunkten lokalisierten Energiequanten, welche sich bewegen, ohne sich zu teilen und nur als Ganze absorbiert und erzeugt werden können...     

According to the assumption considered here, when a light ray starting from a point is propagated, the energy is not continuously distributed over an ever increasing volume, but it consists of a finite number of energy quanta, localized in space, which move without being divided andwhich can be absorbed or emitted only as a whole. 

Zgodnie z wprowadzonym tu założeniem, gdy promień światła (lichtstrahl), rozchodzi się od jakiegoś punktu, jego energia nie jest rozłożona w sposób ciągły w narastającej objętości, ale składa się ze skończonej liczby niepodzielnych  kwantów energii (energiequanten), zlokalizowanych w przestrzeni, absorbowanych i emitowanych zawsze w całości. 

Jak widzimy, w tej powyższej pracy Einsteina, pojawił się wzór wiążący energie elektronu Πε uwolnionego z powierzchni metalu, z częstotliwością  ν padającego kwantu światła. 

 Πε = (R/N) βν − P   
który zawierał stałą Plancka w zakamuflowanej pierwotnej postaci   
 Πε – energia hamująca w przeprowadzanym doświadczeniu (zastępcza wobec energii kinetycznej elektronu)
Π – potencjał hamujący w przeprowadzanym doświadczeniu             

ε – ładunek elektronu

h = (R/N) β

R  – uniwersalna stała gazowa   
NA  – stała Avogadra     
β = 4,866*10-11[grad*sec]     
P  –  energia uwolnienia elektronu z metalu, praca wyjścia  
Światło monochromatyczne padające na powierzchnię metalu sprawia, że, gdy jego częstotliwość przekracza pewną wartość progowa, charakterystyczną dla każdego metalu, elektrony opuszczają metal. 
Elektrony wylatują, gdy padające światło ma częstość większą niż progowa, a gdy częstość jest mniejsza od progowej, nie ma w ogóle fotoelektronów.

Jedyną reakcją metalu na zwiększenie natężenia światła jest uwolnienie większej liczby elektronów. 
Einstein wytłumaczył to w sposób bardzo prosty. Założył, że
  światło pada na metal, a jego  promienie świetlne (lichtstrahles), ze swymi  kwantami energii (energiequanten), trafiają elektrony w metalu. 
Elektron taki przejmuje
  kwant energii, wykonuje pracę wyjścia i następnie wylatuje z metalu z konkretną energią kinetyczną Ekin (Πε), równą różnicy kwantu energii (energiequant) (R/N) βν i energii  P, jaką elektron musiał pokonać by wydostać się z metalu. 
Πε  = (R/N) βν − P 
uogólniony następnie na: 
hν = W + P
Π – potencjał hamujący w przeprowadzanym doświadczeniu 

Lubię to! Skomentuj11 Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie