Тема: рентген. Проблема абсолютно черного тела

Кванты электромагнитного поля. В 1900 М. Планк для объяснения закономерностей теплового излучения тел впервые ввёл в физику понятие о порции, или кванте, излучения. Энергия E такого кванта пропорциональна частоте n излучаемой электромагнитной волны, E = hn, где коэффициент пропорциональности h = 6,62×10^–27 эрг×сек (позднее он был назван постоянной Планка). А. Эйнштейн обобщил эту идею Планка о дискретности излучения, предположив, что такая дискретность не связана с каким-то особым механизмом взаимодействия излучения с веществом, а внутренне присуща самому электромагнитному излучению. Электромагнитное излучение «состоит» из таких квантов — фотонов. Эти представления получили экспериментальное подтверждение — на их основе были объяснены закономерности фотоэффекта и Комптона эффекта.
Т. о., электромагнитному излучению присущи черты дискретности, которые прежде приписывались лишь частицам. Подобно частице (корпускуле), фотон обладает определённой энергией, импульсом, спином и всегда существует как единое целое. Однако наряду с корпускулярными фотон обладает и волновыми свойствами, проявляющимися, например, в явлениях дифракции света и интерференции света. Поэтому его можно было бы назвать «волно-частицей».


ТЕМА: ЭКСПЕРИМЕНТЫ ФРАНКА И ГЕНЦА, ДИСКРЕТНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ ЯДЕРНЫХ СИСТЕМ.
Опыт Франка — Герца — первые электрические измерения, явно показавшие квантовую природу атомов. Опыт был проведён в 1914 году немецкими физиками Джеймсом Франком и Густавом Людвигом Герцем, которые показали, что атомы могут поглощать энергию только в определённых дискретных количествах — квантах. Это наблюдение нашло объяснение в рамках старой квантовой теории — модели атома Бора, которая предполагала, что электроны в атоме могут занимать только определённые энергетические уровни. Оба учёных были удостоены Нобелевской премии по физике 1925 года за эти исследования
В опыте измерялось, сколько энергии осталось у ускоренных электрическим полем электронов после того, как они пересекали наполненную атомами ртути вакуумную лампу. Измерения показали, что после приложения ускоряющего напряжения менее 4,9 В электроны сталкиваются с атомами только упруго и практически не теряют энергии. Выше этого порога они передают 4,9 эВ атому при столкновении. В последующих измерениях Дж. Франк и Г. Герц доказали, что атомы ртути, поглотившие эту энергию, излучают свет, с энергией фотонов 4,9 эВ, что также подтвердило второй постулат Бора. Опыты показали, что в атомах поглощение и выделение энергии квантуется.
Опыт Франка — Герца является одним из самых впечатляющих доказательств квантовой физики и в то же время относительно прост по своей реализации, поэтому он используется в физическом образовании.
Франк и Герц сконструировали вакуумную трубку для изучения ускоренных электронов, пролетающих через пар атомов ртути при низком давлении. Они обнаружили, что при столкновении с атомом ртути электрон может потерять только определённое количество (4,9 электронвольта) своей кинетической энергии. Эта потеря энергии соответствует замедлению электрона со скорости около 1,3 · 10⁶ м/с до нуля. Более быстрый электрон не тормозится полностью после столкновения, но теряет точно такое же количество кинетической энергии. Более медленные электроны просто упруго отскакивают от атомов ртути, не теряя существенной скорости или кинетической энергии.
Эти экспериментальные результаты оказались совместимыми с моделью Бора для атомов, предложенной в предшествующем опыту году Нильсом Бором. Модель Бора была предшественницей квантовой механики и модели атома с электронными оболочками. Её ключевая особенность заключается в том, что электрон внутри атома занимает один из «квантовых энергетических уровней». Перед столкновением электрон внутри атома ртути занимает самый низкий доступный энергетический уровень. После столкновения электрон внутри атома переходит на более высокий энергетический уровень с энергией, большей на 4,9 эВ, так что связь электрона с ядром в атоме ртути становится слабее. В квантовой модели Бора не предусмотрено промежуточных уровней или других возможных энергий для электрона. Эта особенность была «революционной», потому что она несовместима с предположением, что энергия связи электрона с ядром атома может принимать любое значение энергии Результаты опыта были представлены 24 апреля 1914 года Немецкому физическому обществу в статье Джеймса Франка и Густава Герца.
Во второй статье, представленной в мае 1914 года, Франк и Герц сообщили об излучении света атомами ртути, поглотившими энергию при столкновении. Они показали, что длина волны этого ультрафиолетового света точно соответствует энергии 4,9 эВ, которую потерял ускоренный электрон. Связь энергии и длины волны света также была предсказана Бором, потому что она следовала из энергетической структуры атома, изложенной Хендриком Лоренцем на Сольвеевском конгрессе 1911 года. После доклада Эйнштейна о квантовой структуре в Брюсселе Лоренц предложил приравнять энергию ротатора величине {\displaystyle nh\nu }  (h — постоянная Планка, ν — частота и n — натуральное число). Бор использовал эту идею и скопировал формулу, предложенную Лоренцем и другими, в свою модель атома 1913 года. Лоренц оказался прав. Квантование энергии атомов соответствовало формуле, используемой в модели Бора. Согласно некоторым свидетельствам, через несколько лет после представления Франком результатов опыта Альберт Эйнштейн заметил: «Это так прекрасно, что заставляет тебя плакать».
10 декабря 1926 года Франк и Герц удостоились Нобелевской премии по физике 1925 года «за открытие законов, управляющих ударом электрона о атом»