Квантовые свойства света

Опубликовано 31.03.2010 Ведущий Антон Панкратов

Такие явления, как фотоэффект, давление света и некоторые другие, приводят к новому представлению о свете, согласно которому световой поток есть поток элементарных частиц - фотонов (квантов света).
Одна из характеристик фотона - его энергия. Монохроматический световой поток состоит из фотонов с одинаковой энергией, равной
Различают два вида фотоэлектрического эффекта: внешний и внутренний.
Явление, заключающееся в том, что металлические тела, подвергнутые облучению светом, испускают электроны, называется внешним фотоэффектом.
При внутреннем фотоэффекте оптически возбужденные электроны остаются внутри освещаемого вещества, не нарушая его электрическую нейтральность.
Согласно Эйнштейну, свет частотой v не только испускается отдельными квантами, но также в виде квантов (фотонов) распространяется в пространстве и поглощается веществом.
Другими словами, энергия кванта, поглощенная электроном при фотоэффекте, расходуется на совершение работы выхода и на сообщение кинетической энергии электрону после его вылета из вещества. Эта формула получила название уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
Фотоэффект наблюдается только при облучении металла светом с частотой, большей или равной критической частоте, называемой красной границей фотоэффекта, т.е. красная граница соответствует энергии фотона, равной работе выхода электронов из металла:
При этом скорость электронов, а, следовательно, и кинетическая энергия электронов равны нулю.
Гипотеза о существовании давления света была впервые высказана И. Кеплером в 17 в. для объяснения отклонения хвостов комет от Солнца.
Свет, падая на тела, оказывает на них давление, зависящее от интенсивности света и отражательной способности поверхности тела.
Экспериментально давление света на твердые тела было впервые исследовано П.Н.Лебедевым в 1899.
В опытах Лебедева в вакуумированном стеклянном сосуде на тонкой серебряной нити подвешивались коромысла крутильных весов с закрепленными на них тонкими дисками-крылышками, которые и облучались. Крылышки изготавливались из различных металлов и слюды с идентичными противоположными поверхностями. Последовательно облучая переднюю и заднюю поверхности крылышек различной толщины, Лебедеву удалось нивелировать остаточное действие радиометрических сил и получить удовлетворительное (с ошибкой ±20%) согласие с теорией давления света Максвелла. В 1907-10 Лебедев выполнил еще более тонкие эксперименты по исследованию давления света на газы и также получил хорошее согласие с теорией.
Формула светового давления такова:
Особо важную роль давление света играет в двух противоположных по масштабам областях явлений - в явлениях астрономических и явлениях атомарных. В астрофизике давление света наряду с давлением газа обеспечивает стабильность звёзд, противодействуя силам гравитационного сжатия. К атомарным эффектам Давление света относится "световая отдача", которую испытывает возбуждённый атом при испускании фотона.