פרק א: הפוטון והקרינה האלקטרומגנטית

1. פרק א: הפוטון והקרינה האלקטרומגנטית גלים אלקטרומגנטיים קרינת גוף שחור האפקט הפוטואלקטרי פיזור קומפטון

2. שבירה והחזרה קרני אור, העוברות מתווך שקוף אחד לתווך אחר, חלקן מוחזר וחלקן מועבר. קיים יחס קבוע בין זוויות הפגיעה, ההחזרה וההעברה.

3. שבירה והחזרה (ניוטון, 1650~) קרני האור מורכבות מחלקיקים, המצייתים לחוקי המכניקה הקלאסית. (הויגנס, 1650~) קרני האור מורכבות ממקורות גליים נקודתיים. כיוון חזית הגל קובע את כיוון הקרן.

4. עקיפה התופעה: (פרסנל, 1800~) אור יכול ל"עקוף" מכשולים ולהאיר אזורים שהיו צריכים להיות מוצלים (על-פי חוקי האופטיקה הגיאומטרית).

7. m = -1 m = 1 m = 0 התאבכות התופעה: (יאנג, 1800~) כאשר אור עובר דרך שני סדקים (d1mm) מופיעה על המסך מול הסדקים תבנית של פסים בהירים וכהים.

10. עקיפה והתאבכות 1.האור מורכב מגלים- פונקציות מחזוריות. 2.סכום של שני גלים הוא גם פונקצית גל. 3.עוצמת האור פרופורציונית לריבוע הפונקציה. sin  = m  / d

11. קרינה אלקטרומגנטית מקסוול (1864) האור הוא גל אלקטרומגנטי.

12. התאבכות בשריג התופעה: אור העובר דרך שקופית מחורצת (µ1 = d), מתפצל למספר קרניים.

13. d sin התאבכות בשריג המודל: בכיוונים בהם הפרש הדרך האופטית בין קרני האור שווה לכפולה שלמה של אורך הגל, מתקיימת התאבכות בונה: d   d sin  = m 

14. האור הוא גל

15. האפקט הפוטואלקטרי http://www.phys.virginia.edu/classes/252/photoelectric_effect.html Eisberg-Resnik:2-2,2-3 Haken & Wolf 5.3 התופעה:(לנרד 1902, מיליקן 1916) גביש מתכת המוקרן באור פולט אלקטרונים. האנרגיה הקינטית של האלקטרונים פרופורציונית לתדירות האור. הכמות פרופורציונית לעוצמת האור.

16. האנרגיה של האלקטרונים מקיימת: Ee= An - W eVstop = An- W השיפוע של V לעומת nהוא:A/e .

17. לפי התורה הגלית אנו מצפים: תלוי בעוצמת האור 1. שדה חשמלי לא צפויה תלות בתדירות 2. צפוי הפרש זמן בין התחלת פגיעת האור לבין התחלת הזרם (זמן בו האלקטרונים "בולעים" אנרגיה). 3.

18. המודל: (אינשטיין, 1905) האור מורכב מחלקיקים בעלי אנרגיה: השיפוע של הגרף V לעומת nהוא:A/e מדידת h מתוך שיפוע הגרף

19. מקור X קרינה מפוזרת מפזר גלאי אפקט קומפטון Eisberg-Resnik:2-4 Haken & Wolf 5.4

20. ההסבר: האור מורכב מחלקיקים בעלי תנע: האינטראקציה בין האלקטרונים והקרינה מתוארת כהתנגשות בין חלקיקים.

21. התיאוריה של פיזור קומפטון (התנגשות בין פוטון לאלקטרון)

22. but .l-אינו תלוי ב השיא הראשוני בגלל אלקטרונים קשורים שאינם רותעים.

23. קרינת גוף שחורhttp://www.phys.virginia.edu/classes/252/black_body_radiation.html Eisberg-Resnik: 1 Haken & Wolf 5.2

24. קרינת הרקע הקוסמית. לקרינה זאת ספקטרום של גוף שחור מדויק יותר מכל מה שניתן להשיג במעבדה כיום עם טמפרטורה של 2.7 מעלות קלווין. http://cfpa.berkeley.edu/darkmat/cmb.html

25. energy/unit time/unit area energy/unit time/unit area Stephan-Boltzman Constant: Wien’s Displacement Law: between Stephan’s Law: energy per unit volume: Raleigh-Jeans Wien

26. פקטור 2 בגלל קיטובים שונים תורה קלסית יש אנרגיה kT לכל דרגת חופש במערכת. עלינו לספור את מספר דרגות החופש באנרגיה נתונה ולכפול את מספר זה ב kT . נסתכל בקופסא מוליכה עם צלעות באורך a . במימד אחד:

27. בשלושה מימדים קליפה כדורית במרחב ה - k nx, ny,n z

28. במערכת בשיוי משקל לכל דרגת חופש יש אנרגיה קבוע בולצמן "ultra-violet catastrophe"

29. האנרגיה המוכלת באופן תנודה נתון אינה משתנה באופן רציף אלא בקפיצות של . אנו צריכים עבור קטן. אנו צריכים עבור גדול. לידתה של תורת הקוונטים (פלנק 1900): התפלגות בולצמן:

30. גדול יש להניח עבור כדאי לקבל האנרגיה באה ב"קוונטים" של קבוע פלנק

33. קרינת גוף שחור - סיכום • הנסחא הקלסית לחישוב צפיפות הקרינה מתבדרת. • פלנק פתר את הבעיה ע"י הקביעה שהאנרגיה של קרינה א"מ באה בקוונטים של hn. • כאשר האנרגיה האופינית היא kT הסיכוי למצוא קוונט של hn>> kT קטן מאד:

34. = מקדמי איינשטיין וקרינת גוף שחור : Haken & Wolf 5.2.3 קרינה בש"מ טרמי עם מערכת של שתי רמות אנרגיה.

36. מקדמי איינשטיין- סיכום • קיימת פליטה מאולצת (בנוסף לפליטה ספונטנית). • מקדם הפליטה המאולצת שווה למקדם הבליעה. • הקשר בין מקדם הפליטה (הספונטנית) ומקדם הבליעה הוא אוניברסלי ואינו תלוי בתהליך הספצפי בו אנו עוסקים. • הקשרים מוסברים ע"י תיאור הקרינה כחלקיקים!

37. קרינה א"מ ופוטונים-סיכום • קרינת גוף שחור אינה מתאימה לניבוי של התורה הקלסית. • קרינה אלקטרומגנטית בתדירות n באה בקוונטים של hn (הקרינה באה ב"חלקיקים" בעלי אנרגיה hn. • מקדמי איינשטיין ואפקט קומפטון מוסברים ע"י תיאור "חלקיקי" של הקרינה האלקטרומגנטית. • קרינה אלקטרומגנטית מתנהגת לפעמים כמו קרינה ולפעמים כמו חלקיק. • בהמשך נראה שגם חלקיקים אחרים מתנהגים כמו גלים. עקרון הדואליות