Исследование вольтамперных характеристик.

С ростом температуры баллона лампы на анодной характеристике появляются максимумы и минимумы. При температуре Т=150^оС минимумы наиболее глубокие, что указывает на то, что при высокой плотности пара неупругие столкновения играют основную роль (V_у >> V_р).

Произведя дифференцирование кривых, определить полуширину (ширину на полувысоте) этой кривой, наиболее вероятную энергию электронов (максимум кривой) и энергетическое разрешение Е/DЕ. Продифференцировать кривые задержки, и найти максимумы функций распределения по энергии и полуширины этих кривых. Объяснить результаты.

Вопросы и упражнения

1. Объясните вид вольтамперной характеристики вакуумного триода.

2. Что такое характеристика задержки?

3. Какое строение имеет атом в соответствии с планетарной моделью?

4. Сформулируйте постулаты Бора.

5. Какими квантовыми числами определяется состояние электрона в атоме? Укажите физический смысл квантовых чисел.

6. Объясните причины существования области напряжений до выхода на плато тока насыщения, т. е. почему ток насыщения не существует начиная непосредственно с V_y>0.

7. Рассчитайте среднюю длину свободного пробега электрона для Т=20 ^оС, Т=80 ^оС и Т=150 ^оС.

Давление насыщенных паров ртути:

t, ^oC	20	40	60	80	100	120	140	160
P, Па	0,00024	0,001	0,0033	0,012	0,037	0,1	0,24	0,57

 

Лабораторная работа № 24 (работа поставлена в НИЯФ МГУ)

Изучение эффекта Комптона

Цель работы:

изучить процесс упругого столкновения фотонов и свободных электронов в твердом теле

Приборы и принадлежности:

установка по комптоновскому рассеянию

Литература:

1. Савельев И. В. Курс общей физики. Кн. 5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. ООО "Издательство Астрель", 2002.

2. Сивухин В. Д. Общий курс физики. Т. 5. Атомная и ядерная физика, - 4-е изд., стер. – М.: Физматлит: Изд. МФТИ, 2002.

3. Э.В.Шпольский. Атомная физика. Т. 1. Изд. седьмое. – М.: Наука, 1984.

4. "Методические указания". Папка на рабочем столе компьютера.

Введение

Эффект, названный эффектом Комптона был открыт в 1922 - 1923 американским физиком Артуром Комптоном. Эксперимент, приведший к открытию этого эффекта, является одним из классических экспериментов, подтвердивших наличие корпускулярно-волнового дуализма в свойствах микрочастиц.

В своих экспериментах Комптон использовал рентгеновский спектрограф, который позволял измерять длину волны l излучения с помощью известного соотношения для максимумов дифракционной решетки:

,

здесь d – постоянная решетки, m – порядок максимума, a – направляющий угол (угол дифракции).

Исследуя рассеяние рентгеновского излучения на атомах элементов с малой атомной массой, Комптон установил, что рассеянные лучи, наряду с излучением первоначальной длины волны l₀, содержит также лучи с большей длиной волны l. Разность длин волн Dl=l-l₀, получившая название комптоновского смещения, зависела только от угла рассеяния j – угла между направлением рассеянного рентгеновского излучения и первоначальным направлением:

,

где значение L_С, найденное опытным путем, равно 2,43 пм.

Один из спектров рассеянного рентгеновского излучения, полученный Комптоном, показан на рис 1.

Рис. 1. Спектр рассеяния рентгеновских лучей (приведен в работе Комптона. Phys. Rev. 1923). Линия Р соответствует первоначальной длине волны, линия Т – длине рассеянной волны.

Классическая электродинамика, объясняя рассеяние электромагнитной волны электронами вещества, приходила к противоречивым выводам.

Например, свободный, покоящийся электрон должен испускать электромагнитное излучение той же длины волны, что и у падающей. Однако, под давлением излучения свободный электрон должен начать двигаться ускоренно. В этом случае должен наблюдаться эффект Доплера, вызывающий изменение частоты  излучения, а значит и длины волны.

Расчеты давали следующую величину для изменения длины волны:

,                          (1)

здесь Е - энергия, полученная электроном от падающей волны, m – его масса, с - скорость света, а j - угол, под которым наблюдается рассеянная электромагнитная волна. Дальнейшие предсказания волновой теории также противоречили эксперименту. Так, величина смещения Dl по волновой теории должна постоянно возрастать во времени и зависеть от интенсивности падающей волны.

     Указанные противоречия были сняты Комптоном, рассмотревшим рассеяние электромагнитных волн как процесс упругого столкновения частиц жесткого рентгеновского излучения с электронами. Решение задачи об упругом столкновении двух частиц – фотона и свободного электрона, при условии, что начальная скорость электрона равна нулю, приводит к формуле, аналогичной формуле (1):

,                                                (2)

где l₀ и l - длина волны фотона до и после столкновения, но множитель  при таком подходе оказывается равным .

     Постоянная величина

называется комптоновской длиной волны электрона.

Формула (2) находится в полном согласии с результатами экспериментов и является математическим выражением закона рассеяния Комптона.