Skip to main content
Global

6: Photons na mawimbi ya Matter

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    175314

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Katika sura hii, utajifunza kuhusu quantum ya nishati, dhana ambayo ilianzishwa mwaka 1900 na mwanafizikia wa Ujerumani Max Planck kuelezea mionzi ya blackbody. Tunazungumzia jinsi Albert Einstein alivyoongeza dhana ya Planck kwa kiasi cha mwanga (“photon”) kuelezea athari ya photoelectric. Pia tunaonyesha jinsi mwanafizikia wa Marekani Arthur H. Compton alitumia dhana ya photon mwaka 1923 kuelezea mabadiliko ya wavelength yaliyoonekana katika X-rays. Baada ya majadiliano ya mfano wa Bohr wa hidrojeni, tunaelezea jinsi mawimbi ya jambo yalivyowekwa katika 1924 na Louis-Victor de Broglie ili kuhalalisha mfano wa Bohr na tunachunguza majaribio yaliyofanywa mwaka 1923—1927 na Clinton Davisson na Lester Germer yaliyothibitisha kuwepo kwa mawimbi ya jambo la de Broglie.

    • 6.1: Utangulizi wa Photons na Mawimbi ya Matter
      Dhana mbili za mapinduzi ya karne ya ishirini zilikuwa maelezo ya mwanga kama mkusanyiko wa chembe, na matibabu ya chembe kama mawimbi. Mali hizi za wimbi la suala zimesababisha ugunduzi wa teknolojia kama vile hadubini ya elektroni, ambayo inatuwezesha kuchunguza vitu vyenye microscopic kama vile nafaka za poleni, kama inavyoonyeshwa hapo juu.
    • 6.2: Mionzi ya Blackbody
      Miili yote huangaza nishati. Kiasi cha mionzi ambayo mwili hutoa inategemea joto lake. Sheria ya uhamisho wa Wien ya majaribio inasema kuwa moto zaidi mwili, mfupi wavelength sambamba na kilele chafu katika Curve mionzi. Sheria ya majaribio ya Stefan inasema kwamba nguvu ya jumla ya mionzi iliyotolewa katika wigo mzima wa wavelengths kwa joto fulani ni sawa na nguvu ya nne ya joto la Kelvin la mwili wa kung'ara.
    • 6.3: Athari ya picha
      Athari ya photoelectric hutokea wakati photoelectrons zinatolewa kutoka kwenye uso wa chuma kwa kukabiliana na tukio la mionzi ya monochromatic juu ya uso. Ina sifa tatu: (1) ni instantaneous, (2) hutokea tu wakati mionzi iko juu ya mzunguko wa kukatwa, na (3) nguvu za kinetic za photoelectrons kwenye uso hazijitegemea ukubwa wa mionzi. Athari ya picha haiwezi kuelezewa na nadharia ya kawaida.
    • 6.4: Athari ya Compton
      Athari ya Compton ni neno linalotumiwa kwa matokeo yasiyo ya kawaida yaliyozingatiwa wakati X-rays zimetawanyika kwenye vifaa vingine. Kwa nadharia ya kawaida, wakati wimbi la umeme linatawanyika mbali na atomi, wavelength ya mionzi iliyotawanyika inatarajiwa kuwa sawa na wavelength ya mionzi ya tukio hilo. Kinyume na utabiri huu wa fizikia classical, uchunguzi unaonyesha kwamba wakati X-rays ni kutawanyika mbali baadhi ya vifaa, kama vile grafiti, kutawanyika X-rays na wavelengths tofauti kutoka wimbi
    • 6.5: Mfano wa Bohr wa Atom ya Hidrojeni
      Fizikia ya kawaida haiwezi kueleza wigo wa hidrojeni atomia. Mfano wa Bohr wa hidrojeni ulikuwa mfano wa kwanza wa muundo wa atomia kueleza kwa usahihi spectra ya mionzi ya hidrojeni atomia. Ilitanguliwa na mfano wa nyuklia wa Rutherford wa atomi. Katika mfano wa Rutherford atomi ina kiini chenye chaji chanya cha uhakika ambacho kina karibu masi nzima ya atomu na ya elektroni hasi ambazo ziko mbali na kiini.
    • 6.6: Mawimbi ya mambo ya De Broglie
      Kwa mujibu wa hypothesis de Broglie, photons massless pamoja na chembe kubwa lazima kukidhi seti moja ya kawaida ya mahusiano ambayo kuunganisha nishati E na frequency f, na kasi ya mstari p na wavelength λ
    • 6.7: Wimbi-chembe Duality
      Uwili wa chembe ya wimbi ipo katika asili: Chini ya hali fulani za majaribio, chembe hufanya kama chembe; chini ya hali nyingine za majaribio, chembe hufanya kama wimbi. Kinyume chake, chini ya hali fulani ya kimwili, mionzi ya umeme hufanya kama wimbi, na chini ya hali nyingine za kimwili, mionzi hufanya kama boriti ya photons. Majaribio ya kisasa ya mara mbili ya kuchapwa na elektroni yalionyesha kwa uangalifu kwamba picha za elektroni-diffraction zinaundwa kwa sababu ya asili ya wimbi la elektroni.
    • 6.A: Photons na Matter Waves (Jibu)
    • 6.E: Photons na Mawimbi ya Matter (Zoezi)
    • 6.S: Photons na Matter Waves (muhtasari)

    Thumbnails: kuanzisha majaribio ya kujifunza athari photoelectric. Anode na cathode zimefungwa katika tube ya kioo iliyohamishwa. Voltmeter inachukua tofauti ya uwezo wa umeme kati ya electrodes, na ammeter inachukua photocurrent. Mionzi ya tukio hilo ni monochromatic.