ФІЗИКА. Вчимося розв'язувати задачі. "СУЧАСНА ФІЗИКА". Компенсаційний курс

◄ Previous: Розділ II. Квантова оптика Next: 2.2. Фотоефект ►

Розділ II. Квантова оптика

2.1. Фотони

Світло випускається джерелом у вигляді потоку особливих мікроскопічних частинок, які називають фотонами (від грецького "фотос" – світло).  Фотону притаманні як корпускулярні  (енергія, маса, імпульс), так і хвильові (частота і довжина хвилі) характеристики, що є пов'язані між собою.

 

Енергія фотона  E визначається формулою Планка

$\varepsilon =h\nu $,

(2.1)

де \(\nu\) – лінійна частота випромінювання.

Величина

\(h=6,63\cdot{10}^{-34}\) Дж·с

 

є фундаментальною фізичною константою, що називається сталою Планка.

У теорії зазвичай використовують циклічну частоту \(\omega=2\pi\nu\) і записують формулу (2.1) у вигляді

$\varepsilon $ = $\hbar \omega $,

(2.1а)

де величина

\(\hbar=\frac{h}{2\pi}=1,05\cdot{10}^{-34}\) Дж·с,

 

теж називається сталою Планка (читається "аш перекреслене" або "аш з рискою").

Енергію фотона можна виразити і через довжину хвилі випромінювання у вакуумі \(\lambda\):

$\varepsilon =\frac{hc}{\lambda }$,

(2.1б)

де c – швидкість світла у вакуумі.

 

 Маса фотона відповідно до формул (1.6), (2.1), (2.1a) і (2.1б) формально може бути введена як

\(m=\frac{h\nu}{c^{2}}=\frac{\hbar\omega}{c^{2}}\),

(2.2)

або

\(m=\frac{h}{\lambda{c}}\).

(2.2а)

Оскільки швидкість фотона дорівнює c, то, у відповідності до формули (1.5), маса спокою фотона

\(\color{darkblue}{m_{0}=0}\).

Це означає, що фотон не може існувати в стані спокою. Єдиний можливий стан фотона – це рух зі швидкістю c. Тому при зіткненні з іншими частинками можливе тільки або поглинання фотона, або відбивання без втрати швидкості.

 

 Імпульс фотона, відповідно до формул (1.4а), (2.2) та (2.2а), визначається формулою

\(p=\frac{h\nu}{c}=\frac{\hbar\omega}{c}\),

(2.3)

або

\(p=\frac{h}{\lambda}\)

(2.3а)

Отже, енергія й імпульс фотона є пов'язані співвідношенням

$\varepsilon =pc$.

(2.4)

◄ Previous: Розділ II. Квантова оптика Next: 2.2. Фотоефект ►