Кейс №2

1. Изучение явлений дифракции, интерференции, поляризации и дисперсии света привело к окончательному утверждению волновой теории света.

2. В 1887 г. один из основоположников электродинамики Г. Герц при освещении цинковой пластины, соединенной со стержнем электрометра, обнаружил явление фотоэлектрического эффекта, который заключается в том, что с поверхности металлической пластины под действием света вырываются отрицательно заряженные частицы. Позднее было доказано, что заряженными частицами являются электроны. Испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения называется фотоэффектом. Закономерности фотоэффекта были установлены экспериментально в 1888–1889 гг. русским физиком (1839–1896).

3. Это удалось сделать благодаря смелой гипотезе, высказанной в 1900 г. немецким физиком М. Планком (1858–1947): излучение света происходит не непрерывно, а дискретно, т. е. определенными порциями (квантами), энергия которых определяется частотой (Е=hν)

4. Объяснение законов фотоэффекта дал Эйнштейн. 0н считал, что электромагнитная волна состоит из отдельных порций – квантов, впоследствии названных фотонами. При взаимодействии с веществом фотон целиком передает всю свою энергию hν одному электрону. Часть этой энергии электрон может рассеять при столкновениях с атомами вещества. Кроме того, часть энергии электрона затрачивается на преодоление потенциального барьера на границе металл–вакуум. Для этого электрон должен совершить работу выхода Aвых, зависящую от свойств материала катода. Наибольшая кинетическая энергия, которую может иметь вылетевший из катода фотоэлектрон, определяется законом сохранения энергии: hν = Aвых + Ек.

5. Под действием света происходят также многие химические реакции. Любое превращение молекул есть химический процесс. Химические процессы, протекающие под действием видимого света и ультрафиолетовых лучей, называются фотохимическими реакциями. Световой энергии достаточно для расщепления многих молекул. В этом проявляется химическое действие света. К фотохимическим реакциям относятся: фотосинтез углеводов в растениях, распад бромистого серебра на светочувствительном слое фотопластинки, выцветание тканей на солнце и образование загара (потемнение кожи человека под воздействием ультрафиолетовых лучей).

6. Впервые гипотеза о существовании светового давления была высказана И. Кеплером в XVII веке для объяснения поведения хвостов комет при пролете их вблизи Солнца.

7. В 1873 г. Дж. Максвелл, исходя из представлений об электромагнитной природе света, пришел к выводу: свет должен оказывать давление на препятствие (благодаря действию силы Лоренца; на рисунке v - направление скорости электронов под действием электрической составляющей электромагнитной волны).

8. Квантовая теория света объясняет световое давление как результат передачи фотонами своего импульса атомам или молекулам вещества. Если рассматривать свет как поток фотонов, то, согласно принципам классической механики, частицы при ударе о тело должны передавать ему импульс, другими словами — оказывать давление. Основной частью прибора Лебедева служили плоские лёгкие крылышки (диаметром 5 мм) из различных металлов и слюды, которые подвешивались на тонкой стеклянной нити и помещались внутри стеклянного сосуда, в котором поддерживался вакуум. На крылышки направлялся свет от сильной электрической дуги. Свет, падая на отражающие или поглощающие крылышки, заставлял их поворачиваться и закручивать нить. Устройство прибора и методика измерения позволили обнаружить давление света.

Вопросы к кейсу:

1. Можно ли объяснить описанные явления в рамках электромагнитной теории света Максвелла?

2. Какие факты свидетельствуют о наличии у света корпускулярных свойств?

3. Когда корпускулярные свойства света проявляются наиболее ярко: при взаимодействии с веществом или при распространении света?

4. Чем же с вашей точки зрения является свет: волной или потоком частиц?