2019. augusztus 24., szombat

19. A fény kettős természete

1. A fény mint hullám

A fény elektromágneses, transzverzális hullám.
Jellemzői:
  • c = terjedési sebesség = 3*108m/s (állandó = konstans)
  • lambda = hullámhossz = egy teljes hullám hossza [m]
  • f = frekvencia = egy másodperc alatt kialakuló teljes hullámok száma [Hz = 1/s]
Képlet:
 c = lambda*f
Pl. Ha lambda = 400nm, akkor
f = c/lambda = 3*108/400*10-9 = (3/400)*108+9 = 0,0075*1017 = 7,5*1014Hz

Spektrum =
az elektromágneses hullámok hullámhossz, vagy frekvencia szerinti rendezett összessége.
Főbb összetevők:
  1. rádiósugárzás
  2. mikrohullámú sugárzás
  3. infravörös sugarak
  4. látható fény (VNSZKII)
  5. ibolyán túli sugarak (UV)
  6. Röntgen-sugárzás
  7. kozmikus (gamma) sugárzás
A fény terjedése és interferenciája jól modellezhető hullámok segítségével.

2. A fény részecske természete

Bizonyos jelenségek csak akkor magyarázhatók meg, ha feltételezzük, hogy a fény részecskékből, fotonokból áll.
Ezek a fotonok az ütközésekben vesznek részt és a energiájukat adagokban (kvantumokban) adják át egymásnak.
A kvantumos természet elméletét Planck német fizikus dolgozta ki, innen származik a kvantummechanika elnevezés.

3. Fényelektromos jelenség (fotoeffektus):

Megfigyelt tény, hogy bizonyos fémek (K, Na, Li = alkáli fémek) megvilágítás hatására elektromos állapotba kerülnek.
Ezt kihasználó elektromos eszköz a fotocella.
A fotocella megvilágítás hatására áramforrásként működik.

(Fotocellás) Kísérlet:
Vizsgáljuk meg hogyan változik a fotocella feszültsége, ha a fény frekvenciáját növeljük!

Tapasztalat:
Csak egy bizonyos frekvenciaérték után alakul ki feszültség.
A frekvencia növelésével a feszültség is nő (közöttük egyenes arányosság figyelhető meg).

Magyarázat:
A jelenség magyarázata Einstein nevéhez fűződik, aki ezért a fényelektromos egyenletéért 1922-ben Nobel-díjban részesült.
h*f = Wki + Emozg

ahol
h = Planck állandó = 6,63*10-34Js
h*f = a fény energiája.
Wki = kilépési munka (az anyagi minőségre jellemző állandó)
Emozg = a kilépő elektronok mozgási energiája
Emozg = U*e
e = elektron töltése = 1,6*10-19C
4. Kísérleti bizonyítékok a részecsketulajdonságra:
  1. Fekete-test sugárzás
  2. Fényelektromos hatás
  3. Compton-szórás
  4. Fény-nyomás
Fekete-test sugárzás:
Tapasztalatok:
  • a melegített testek hősugárzást bocsátanak ki
  • a sugárzás erőssége a hőmérséklettel nő/a spektrum a hőmérséklet függvénye
  • azon testek sugároznak jól, amelyek jó-elnyelők (fekete test)
Magyarázat:
A magyarázatot Planck adta meg, de ehhez azzal a feltételezéssel kellett éljen, hogy a fekete test E = h*f kvantumokban (diszkrét energia-csomagokban) sugároz.

Compton-szórás:
Compton nagy energiájú röntgenfotonokat használt, melyek szabadnak tekinthető elektronokkal ütköznek.
Compton-szórás: a foton minden irányba eltérülhet, vagyis szóródhat.
Foton és az álló elektron között tökéletesen rugalmas ütközés játszódik le.
Ekkor a foton energiát ad át az elektronnak, így a foton energiája csökken, és ez a frekvencia csökkenésével és a hullámhossz növekedésével jár.

Fénynyomás:
ha vákuum van a burán belül, akkor a fény a fehér felületről visszapattan, a szerkezet ebbe az irányba fordul el.
ha nincs vákuum, akkor a fény a fekete felületet jobban felmelegíti, és így a levegőrészecskék jobban nekilökődnek, ezért ebbe az irányba fordul el a szerkezet.
Pjotr Lebegyev ( 1866-1912.) 1901-ben kísérletileg bizonyította a fénynyomás létét.

Igaz-hamis állítások

NÉV: PONT:
Igaz-hamis állítások:

Ssz. Állítás Igaz Hamis   ?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
dátum: