Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

Ljus, fotoner och vågor Gullviva Gymnasium. Temperaturstrålning • Glödlampor, smält stål och solen utstrålar värme och lyser därför att de är varma. •

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "Ljus, fotoner och vågor Gullviva Gymnasium. Temperaturstrålning • Glödlampor, smält stål och solen utstrålar värme och lyser därför att de är varma. •"— Presentationens avskrift:

1 Ljus, fotoner och vågor Gullviva Gymnasium

2 Temperaturstrålning • Glödlampor, smält stål och solen utstrålar värme och lyser därför att de är varma. • Ett föremål börjar lysa svagt rött vid omkring 550 o C. • Vad är det som lyser och hur kan värmestrålningen förklaras?

3 Svartkroppsstrålning • Absorption och emission av temperaturstrålning störst från en svartkroppsstrålare.svartkropp • Förklaring: En stråle som tränger in genom ett litet hål (som upplevs svart utifrån) har liten sannolikhet att reflekteras tillbaka genom samma hål. • Temperaturstrålningens våglängdsberoende kunde dock inte förklaras av den klassiska fysiken i slutet på 1800-talet.

4 Stefan-Boltzmanns lag • Lagen anger vilken total effekt (emittans) en svartkroppsstrålare med temperaturen T (Kelvin) avger per ytenhet (W/m 2 ): • M=sT 4 • s=5,67053∙10 -8 W/m 2 /K 4 • Josef Stefan upptäckte lagen experimentellt och Ludwig Boltzmann visade den teoretiskt år 1884 (kan härledas genom integrering av Plancks lag nedan). Josef Stefan Ludwig Boltzmann

5 Max Planck ( ) • Tysk fysiker, professor vid universiteten i Kiel, Berlin och Wien. • Utforskade och förklarade värmestrålningen med Plancks strålningslag år • Antog att strålningen utgörs av elektromagnetisk kvantiserad energi som utsänds som fotoner. • Grundare av kvantfysiken. • Fick nobelpriset i fysik 1918 för kvantteorin. Läs mer!Läs mer!

6 Kvantteorin och fotoner • Enligt klassisk fysik kan läges- och rörelseenergi anta alla värden. • Kvantteorin innebär att strålningsenergi endast kan anta vissa värden – energin är kvantiserad. • Elektromagnetisk strålning utsänds som fotoner – vågpaket med viss energi (E f ) som beror av strålningens frekvens.

7 Plancks strålningslag

8 Plancks strålningskurva

9 Wiens förskjutningslag • Wilhelm Wien ( ) visade teoretiskt hur våglängden l för strålningsmax beror av temperaturen T (kan härledas genom bestämning av maxpunkt i Plancks lag). Wilhelm Wien • Wien fick nobelpriset i fysik år 1911.

10 Fotoeffekten • Ljus som träffar den negativa elektroden (katod) skapar en ström genom att slå loss elektroner som träffar den positiva kollektorn (anod). • Strömmen ökar för UV-ljus. • Observerades först av Henrich Hertz år 1887.Henrich Hertz

11 Fotoeffekten utforskas • Wilhelm Hallwachs (1888) och Philip Lenard (1902, nobelpris 1905) utforskar fotoeffekten. År 1902 var följande känt:Philip Lenardfotoeffekten • Antalet frigjorda elektroner beror av ljusstyrkan (intensiteten). • Elektronernas fart ökar med ljusets frekvens. • Under en viss gränsfrekvens (f 0 ) frigörs inga elektroner, oavsett ljusstyrkan. • Föklaring saknas dock.

12 Einstein förklarar fotoeffekten • Albert Einstein använder Plancks kvant- och fotonhypotes för att förklara fotoeffekten: Albert Einstein • Antar att elektroner upptar fotonenergi i odelbara kvanta. • Fotonen kan endast avge hela sin energi (E F =hf) till en elektron. • En del av fotonenergin åtgår till att frigöra elektronen från ytan, det s k utträdesarbetet (E o ). • Resten av energin ger den frigjorda fotoelektronen rörelseenergi (E k ). • Dessa hypoteser sammanfattade han i…

13 …Einsteins fotoelektriska ekvation • hf=E 0 +E k • där ljusets gränsfrekvens f o för uträdesarbetet ges av: hf o =E 0 • Albert Einstein presenterar sin fotoelektriska ekvation år 1905 och fick nobelpriset för detta 1921.

14 Fotoeffekten i bild

15 Ljus – partiklar eller vågor… • Omkring år 1700 ansåg Newton att ljus består av partiklar (korpuskler), medan Huygens (1690) hävdade att ljuset var en longitudinell vågrörelse.NewtonHuygens • År 1801 påvisade Thomas Young interferens i dubbelspalt, vilket antyder att ljus är en vågrörelse.Thomas Young

16 …eller både och? • James Clerk Maxwell ( ) beskrev på 1860-talet ljus som en elektromagnetisk vågrörelse. James Clerk Maxwell • I början på 1900-talet beskrevs ljuset åter som en ström av partiklar – fotoner (se ovan). • Läs om Maxwells ekvationer.Maxwells ekvationer

17 Comptoneffekten • Arthur Compton ( , nobelpris 1927) visade definitivt ljusets partikelegenskaper med comptoneffekten 1923 – fotoner kolliderar med elektroner enligt mekanikens lagar. • Röntgenstrålning som ”kolliderade” med grafitatomer ändrade våglängd. • Detta kan endast förklaras med en partikelmodell för ljus.

18 Ljusets partikel-våg-dualism • Idag betraktas ljus (elektromagnetisk strålning) med ett dualistiskt synsätt - både som partiklar och vågor, beroende på sammanhanget.

19 Fotonens rörelsemängd • •Comptoneffekten antyder att fotoner är partiklar med rörelsemängd (p). • •Antag att den masslösa fotonen har massan m. • •Fotonens energi: E f =mc 2 (1) • •Fotonens energi: E f =hf(2) • •Fotonens rörelsemängd: p=mc(3) • •Sätt samman (1) och (2) och eliminera m med (3):

20 Partiklars vågegenskaper • •Kan fotonen vara både partikel och våg, borde väl partiklar kunna betraktas som vågor? • •År 1924 presenterade Louis de Broglie ( , nobelpris 1929) en teori för materievågor.Louis de Broglie • •Teorin bekräftades 1927 av Clinton Davidsson (1881–1958, nobelpris 1937) och Lester Germer (1896–1971) med elektroner som skapade ett interferensmönster då de passerade ett kristallgitter. • •Materievågens våglängd l (de Broglie-våglängd):

21 Kvantmekaniken – modern fysik • Fotonen och energins kvantisering markerar en brytning runt år 1900 mellan klassisk och modern fysik. • År 1926 presenterade Erwin Schrödinger (1887– 1961, nobelpris 1933) kvantmekaniken, där en vågfunktion (se Schrödinger-ekvationen) beskriver ”små” partiklars uppförande.kvantmekanikenSchrödinger-ekvationen • Vågfunktionen (Y) anger bl a sannolikheten att finna en partikel i ett visst område.

22 Heisenbergs osäkerhetsrelation • Werner Heisenberg ( , nobelpris 1932) formulerade 1927 osäkerhetsrelationen för partiklar: Werner Heisenberg osäkerhetsrelationen • Innebörd: Ökar säkerheten i partikelns läge (Dx) ökar osäkerheten i dess rörelsemängd (Dp). • Osäkerhetsrelationen är en konsekvens av kvantmekaniken.


Ladda ner ppt "Ljus, fotoner och vågor Gullviva Gymnasium. Temperaturstrålning • Glödlampor, smält stål och solen utstrålar värme och lyser därför att de är varma. •"

Liknande presentationer


Google-annonser