Эффект Комптона. Давление света

 

Эффект Комптона - изменение частоты или длины волны фотонов при их рассеянии электронами или нуклонами. Рассеяние фотона рентгеновского излучения на свободном электроне рассматривается как процесс их упругого столкновения. При этом считается, что электрон вначале был покоящимся (имел скорость много меньше скорости света), а после столкновения движется со скоростью V, сравнимой со скоростью C налетающего фотона.

При элементарном акте рассеяния должны соблюдаться законы сохранения энергии и импульса: Рис. 3.5

где hν0 и hν – энергии соответственно падающего и рассеянного фотона, - энергия электрона отдачи. Из представленных выше формул можно получить изменение длины волны при комптоновском рассеянии

(3.3.1)

- комптоновская длина волны, для электрона

Из уравнения следует:

1) изменение длины волны излучения при рассеянии свободным электроном не зависит от длины волны падающего излучения;

2) если = 180° (обратное расстояние), то изменение длины волны максимально:

3) чем m больше, тем изменение l0 меньше и если рассеяние происходит на связанных электронах, то обмен энергией и импульсом происходит с целым атомом и l практически совпадает с l0.

Эффект Комптона, так же как и фото эффект относится к процессам, не находящим объяснения с точки зрения волновой теории света, и свидетельствуют в пользу корпускулярных (фотонных) представлений.

Еще одним подтверждением фотонной теории света является опыт Боте. В этом опыте тонкая железная или медная фольга подвешивалась между двумя гейгеровскими счетчиками. Облучение фольги жесткими рентгеновскими лучами вызывало характеристическое излучение флюоресценции фольги. В случае, если бы энергия распространялась посредством сферических волн, следовало совпадать совпадение работы счетчиков. Опыт показал, что счетчики реагируют совершенно независимо один от другого, т.е. излучение состоит из направленно распространяющихся фотонов, попадающих в опыте либо в один, либо в другой счетчик.

Свет испускается, распространяет и поглощается дискретными порциями (квантами), называемыми фотонами. Энергия фотона . Его масса находится из закона взаимосвязи массы и энергии

(3.3.2)

Фотон – элементарная частица, которая в любой среде движется со скоростью света и имеет массу покоя равную нулю. Импульс фотона определяется выражением

(3.3.3)

Т.к. фотоны обладают импульсом, то свет падающий на тело оказывает давление:

(3.3.4)

где - энергия всех фотонов N, падающих на единицу поверхности за единицу времени или энергетическая освещенность поверхности, - объемная плотность энергии излучения, r - коэффициент отражения поверхности (для зеркала r=1, для абсолютно черного тела r=0).