Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
1°. Эффектом Комптона называют изменение длины волны электромагнитного излучения при его рассеянии на свободных электронах. Он наблюдается при рассеянии коротковолнового рентгеновского излучения и, подобно внешнему фотоэффекту, не может быть истолкован на основе волновой теории, так как является следствием квантовых свойств излучения. Эффект Комптона — результат рассеяния фотонов на свободных или почти свободных электронах, энергия связи которых в атомах или молекулах рассеивающего вещества пренебрежимо мала по сравнению с энергией рентгеновских фотонов. В отличие от фотоэффекта, при эффекте Комптона рассеиваемый фотон передает электрону не всю, а только часть своей энергии.
2°. Рассеяние фотона на свободном электроне можно рассматривать как процесс их упругого столкновения. Рассмотрение обычно проводится в лабораторной системе координат, в которой электрон вначале предполагается покоящимся, а после столкновения — движущимся со скоростью i>, не малой по сравнению со скоростью с налетающего фотона. Из закона сохранения энергии:
где Л и А' — длины волн, соответствующие первичному и вторичному (рассеянному) фотонам, те — масса электрона, и из закона сохранения импульса при столкновении:
2. ЭФФЕКТ КОМПТОНА
.2
V 10.2. ЭФФЕКТ КОМПТОНА
731
где 0 — угол между направлениями первичного и рассеянного фотона (рис. V.10.1), получается следующая зависимость для изменения длины волны ДА. = А' - А при комптоновском рассеянии:
Рис. V.10.1
Величину
Ak = JL- = 2,426 ¦ IO-12M
тес
называют комптоновской длиной волны для электрона.
Формула Комптона для частоты фотона после рассеяния:
тона к энергии покоя электрона.
3°. Изменение (смещение) длины волны в эффекте Комптона зависит от угла рассеяния фотонов 0 и имеет наибольшее значение для обратного рассеяния (0 = 180°).
При условии hv тес2 (А С Ак), длина волны А' излучения, рассеянного назад, А' = 2АК независимо от длины волны А падающего излучения.
Угловое распределение неполяризованного излучения, испытывающего рассеяние на свободном покоящемся электроне, дается формулой Клейна—Ниши-ны—Тамма:
Здесь о(0) — дифференциальное эффективное поперечное сечение рассеяния рентгеновского фотона на электроне под углом 0 внутри телесного угла d?2, а
г =----— — классический радиус электрона.
471е 0сгте
I + Е(1 - COS 0) ’
hv
где E = ——- = ~ — отношение энергии первичного фо-
TTIeCz А
sin20j.
732
V.10. ДЕЙСТВИЯ СВЕТА
4°. Рассевающий электрон, движущийся со скоростью V после столкновения с фотоном в эффекте Комптона, называют электроном отдачи.
Распределение по углам <р электронов отдачи:
aJ<p) = 4 г2 (1+е)2созф х
(I + 2е + 62sinz ф)2
X l +
2е2соб4ф
(I + 2ё + E2Sin2 ф)[I + e(e + 2)sin2 ф]
_ 2(1 + E)2sin2 фС082ф [1 + 6(6 + 2)sin2 ф]2
• где ор(<р) — дифференциальное эффективное поперечное сечение для рассеяния электронов под углом ф внутри элементарного телесного угла (Шф, ге — классический радиус электрона.
Кинетическая энергия электрона отдачи:
• „ 2 Esin2 -
T = /IV- 2е - 2
l + 2E+(l+E)2tg2P і + 2esin2 -
2
причем. — П < <р < 5 для всех углов б. Из законов сохра-
нения энергии и импульса при комптон-эффекте следует, что
(1 + Е) tg ф = -ctg I.
е = 180° (Ф = 0°):
T = hv- 26
макс 1 + 2ё ¦
3. ДАВЛЕНИЕ СВЕТА
1°. Давлением света называют механическое действие, производимое электромагнитными волнами при падении на какую-либо поверхность.
V.10.3. ДАВЛЕНИЕ СВЕТА
733
2°. Согласно электромагнитной теории света давление света объясняется возникновением механических сил, действующих на электроны, находящиеся на поверхности освещаемого тела, со стороны электрической и магнитной компонент поля световой волны. Электрическое поле световой волны вызывает колебания зарядов в поверхностном слое тела. Магнитное поле действует на эти заряды с силой, направление которой совпадает с направлением вектора Пойнтинга световой волны.
3°. Давление, производимое плоской световой волной, падающей на поверхность тела под углом і к нормали, равно
P= - (I + R) cos2 і = w (I + R) cos2 і, с
где I — интенсивность света, w — объемная плотность энергии поля волны, R — коэффициент отражения света от освещаемой поверхности.
Давление, производимое на стенки полости изотропным равновесным излучением, не зависит от материала стенок и определяется только температурой.
4°. В квантовой теории давление света рассматривается как результат передачи фотонами импульса телу, на поверхности которого часть падающих фотонов поглощается, а остальная часть — отражается. Первые передают телу весь свой импульс, а вторые — импульс, равный по модулю и противоположный по направлению изменению импульса отражающихся фотонов. Давление света равно модулю нормальной составляющей импульса, передаваемого всеми фотонами, которые падают за 1 с на единицу площади поверхности тела. Для плоской монохроматической волны света частотой v давление равно:
р = Ti0Jiv (I + R) cos2 і,
где п0 — концентрация фотонов падающего света, a n0hv = W — объемная плотность энергии.
