Актуальные проблемы современной физики. Взаимодействие электронов и фотонов. Киртока Елена Lucrare finala elaborată în cadrul cursului e-learning „Didactica Fizicii” pe platforma de colaborare internaționala www.civicportal.org (29.X-25.XII.2012). Moderator - Viorel Bocancea, conferentiar univeristar, Universitatea de Stat din Tiraspol (cu sediul la Chisinau).

1. АКТУАЛЬНЫЕ
ПРОБЛЕМЫ
СОВРЕМЕННОЙ
ФИЗИКИ
Взаимодействие электронов и фотонов.
Киртока Елена

2. РАССЕИВАНИЕ ФОТОНОВ НА
ЭЛЕКТРОНАХ
• Как меняется энергия рассеянного фотона в
зависимости от энергии электрона, на
котором он рассеивается?
• Где используется этот метод?

3. ДИАГРАММЫ ФЕЙНМАНА В момент времени 1 электрон
Фотон сначала поглощается
электроном в момент времени 1, а испускает фотон , с которым в
затем испускается в момент времени дальнейшем ничего не происходит .
2. Первичный электрон в момент
времени 2 поглощается электроном и
исчезает .

4. ИССЛЕДОВАНИЯ
• Комптон – эффект
если энергия электрона до рассеяния много
меньше энергии рентгеновского фотона, фотон
передает часть своей энергии электрону
• Обратный Комптон -эффект
если энергия электронов больше энергии
фотонов, электрон отдает часть своей энергии
фотону

5. АРТУР ХОЛЛИ
КОМПТОН
(10 .09. 1892 -15 .03.1962 )
американский физик, лауреат Нобелевской
премии по физике 1927 г.
Родился в городе Вустер,
штат Огайо, США.
C1918 г. занимался
изучением рентгеновского излучения.
В 1921 г. предположил, что электрон
может вращаться вокруг своей
оси (имеет спин) и, по сути, представляет
собой электромагнит.
В 1922 г. обнаружил и дал теоретическое
обоснование эффекту изменения длины
волны рентгеновского излучения
вследствие рассеяния его электронами
вещества, чем доказал
существование фотона. За это открытие
Комптон был награждён Нобелевской
премией.
В 1941—1942 г. работал над созданием
американской атомной бомбы.

6. ЭФФЕКТ КОМПТОНА
• (Комптон-эффект) — явление
изменения длины волны электромагнитного
излучения вследствие рассеивания
его электронами.
Δλ= λ' — λ= λо (1—cos ϑ) –связь длин волн до и после
рассеивания фотона на покоящемся электроне.
λ0 = h/mc = 2,426∙10-12м - комптоновская длина волны
электрона.
Эффект Комптона является прямым доказательством
квантования электромагнитной волны, другими словами
подтверждает существование фотонов. Эффект Комптона
является доказательством справедливости корпускулярно -
волнового дуализма микрочастиц.

7. СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТА КОМПТОНА

8. СПЕКТРЫ РАССЕЯННОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ

9. ОБРАТНЫЙ ЭФФЕКТ КОМПТОНА
• Эффектом, обратным эффекту Комптона, является
увеличение частоты света, претерпевающего
рассеяние на релятивистских электронах, имеющих
энергию выше, чем энергия фотонов. То есть в
процессе такого взаимодействия происходит
передача энергии от электрона фотону.
• ε=4/3*εₒ*k/(mₑc²) - Энергия рассеянных фотонов, где
ε и ε0 — энергия рассеянного и падающего фотонов
соответственно, k- кинетическая энергия электрона.

10. Обратный эффект Комптона часто
привлекают для объяснения механизма
излучения космических рентгеновских
источников, образования рентгеновской
компоненты фонового галактического
излучения, трансформации плазменных
волн в электромагнитные волны высокой
частоты.

11. РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
космическое электромагнитное излучение,
приходящее на Землю со всех сторон неба
примерно с одинаковой интенсивностью и имеющее
спектр, характерный для излучения абсолютно
черного тела при температуре около 3 К (3 градуса
по абсолютной шкале Кельвина, что соответствует
–270° С). При такой температуре основная доля
излучения приходится на радиоволны
сантиметрового и миллиметрового диапазонов.

12. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• Комптоновское рассеяние широко используется в
исследованиях γ-излучения ядер, а также лежит в
основе принципа действия некоторых гамма-
спектрометров.
• Эффект Комптона возможен не только на электронах, но
и на других заряженных частицах, например на
протонах, но из-за большой массы протона отдача его
заметна лишь при рассеянии фотонов очень высокой
энергии.
• Двойной эффект Комптона — образование двух
рассеянных фотонов вместо одного первичного при его
рассеянии на свободном электроне. Существование
такого процесса следует из квантовой
электродинамики; впервые он наблюдался в 1952. Его
вероятность примерно в 100 раз меньше вероятности
обычного эффекта Комптона .

13. ПОГЛОЩЕНИЕ ЭЛЕКТРОНАМИ
ФОТОНОВ
• Фотоэффект – это испускание электронов
вещества под действием света
• Законы фотоэффекта:
1. количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за
единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому
потоку, освещающему металл.
2. максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов
линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
3. для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть
минимальная частота света ν0 (или максимальная длина волны λ0), при которой
ещё возможен фотоэффект, и если ν < ν0, то фотоэффект уже не происходит.

14. АЛЬБЕ РТ ЭЙНШТЕЙН
(14.03.1879-18.04.1955)
Физик-теоретик, один из основателей
современной теоретической физики, лауреат
Нобелевской премии по физике 1921 года,
общественный деятель-гуманист.
В 1905 году Эйнштейн дал объяснение
законам фотоэффекта. Согласно ему,
электромагнитное излучение
представляет собой поток отдельных
квантов (фотонов) с энергией hν каждый,
где h — постоянная Планка.
При фотоэффекте часть падающего
электромагнитного излучения от
поверхности металла отражается, а часть
проникает внутрь поверхностного слоя
металла и там поглощается. Поглотив
фотон, электрон получает от него энергию
и, совершая работу выхода, покидает
металл: hν = Aout + We,
где We — максимальная кинетическая
энергия, которую может иметь электрон
при вылете из металла.