1. GJIMNAZI "ISMAIL QEMALI"
KAMENICË
PUNIM SEMINARIK
Lënda:Fizikë
Tema:Rrezatimi termik dhe optika kuantike
Profesor:
Nxënëse:
Raif Morina Fortesa Hoti
Data e punimit:15.12.2017
Kamenicë
2. PËRMBAJTJA
1.RREZATIMI TERMIK DHE OPTIKA KUANTIKE
1.1.Rrezatimi termik
1.2.Ligji i Kirkofit për rrezatim
1.3.Modeli i trupit apsolut të zi
1.4.Ligjet e rrezatimit të trupit absolut të zi
• Ligji i Shtefan Bolcmanit
• Ligji i zhvendosjes i Vinit
• Ligji i Relej-Xhinsit
1.5.Ligji i Plankut për rrezatim
1.6.Kuantet e dritës
• Dualizmi grimcë-valë
• Enërgjia impulsi dhe masa e kuanteve të dritës
1.7.Shtypja e dritës
1.8.Efekti i fotoelektrik
1.9.Efekti i komptonit
3. 1.RREZATIMI TERMIK DHE OPTIKA KUANTIKE
Rrezatimi termik është rrezatimi elektromagnetik i krijuar nga lëvizja termike e grimcave të
ngarkuara në materie. Të gjitha lëndët me një temperaturë më të madhe se zero absolute lëshojnë
rrezatim termik. Kur temperatura e një trupi është më e madhe se zero absolute, goditjet ndër-
atomike shkaktojnë ndryshimin e energjisë kinetike të atomeve ose molekulave. Kjo rezulton në
përshpejtimin e ngarkesës dhe / ose luhatjet dipole që prodhon rrezatim elektromagnetik dhe
spektri i gjerë i rrezatimit reflekton spektrin e gjerë të energjive dhe nxitimeve që ndodhin edhe
në një temperaturë të vetme.
Shembuj të rrezatimit termik përfshijnë dritën e dukshme dhe dritën infra të kuqe të lëshuara nga
një llambë me dritë inkandeshente, rrezatimi infra të kuqe emetuar nga kafshët që është i
dallueshëm me një aparat infra të kuqe dhe rrezatimi kozmik i sfondit mikrovalë. Rrezatimi
termik është i ndryshëm nga konvektimi termik dhe përçimi termik - një person pranë një zjarri
të ndezur ndjen ngrohje rrezatuese nga zjarri, edhe nëse ajri përreth është shumë i ftohtë.
Rrezet e diellit janë pjesë e rrezatimit termik të gjeneruar nga plazma e nxehtë e Diellit. Toka
gjithashtu lëshon rrezatim termik, por me një intensitet shumë më të ulët dhe shpërndarje të
ndryshme spektrale (infrakuqe dhe jo të dukshme), sepse është më e freskët. Përthithja e Tokës
nga rrezatimi diellor, i ndjekur nga rrezatimi termik i saj, janë dy proceset më të rëndësishme që
përcaktojnë temperatura dhe klima e Tokës në shumicën e modeleve klimatike.
Nëse një objekt rrezatues i plotëson karakteristikat fizike të një trupi të zi në ekuilibrin
termodinamik, rrezatimi quhet rrezatim i njollave të zeza. Ligji i Planck përshkruan spektrin e
rrezatimit të zezë, i cili varet vetëm nga temperatura e objektit. Ligji i zhvendosjes së Wien
përcakton frekuencën më të mundshme të rrezatimit të emetuar, dhe ligji Stefan-Boltzmann jep
intensitetin rrezatues.
Rrezatimi termik është një nga mekanizmat themelorë të transferimit të nxehtësisë. Për një objekt
në hapësirën e jashtme, është i vetmi mekanizëm nëpërmjet të cilit objekti mund të fitojë ose të
humbasë nxehtësi, pasi nuk ka ajër për konvekcion, as kontakt me ndonjë material për përçim.
4. 1.2.Ligji i Kirkofit për rrezatim
Në transferimin e nxehtësisë, ligji i Kirkofit i rrezatimit termik i referohet emetimit radiativ të
rrezatimit specifik të gjatësisë së valës dhe thithjes nga një trup material në ekuilibrin
termodinamik, duke përfshirë edhe ekuilibrin radiator të këmbimit.
Një trup në temperaturën T rrezaton energji elektromagnetike. Një trup i përsosur i zi në
ekuilibrin termodinamik thith gjithë dritën që e godet dhe rrezaton energji sipas një ligji unik të
fuqisë emetuese radiale për temperaturën T, universal për të gjitha trupat e përsosur të zi. Ligji i
Kirkofit thotë se:
Për një trup të çdo materiali arbitrar që emeton dhe absorbon rrezatim termal
elektromagnetik në çdo gjatësi vale në ekuilibrin termodinamik, raporti i fuqisë së saj
emissive me koeficientin e tij pa përmasa të absorbimit është i barabartë me një funksion
universal vetëm të gjatësisë vale radiale dhe temperaturës. Ky funksion universal
përshkruan fuqinë e përkryer të emitimit të zi-trupit.
Këtu, koeficienti i pafund i thithjes (ose absorbimit) është fraksioni i dritës së incidentit (fuqia)
që absorbohet nga trupi kur ajo rrezaton dhe absorbon në ekuilibrin termodinamik.
Në terma paksa të ndryshëm, fuqia emissive e një trupi arbitrarisht të errët të madhësisë dhe
formës fikse në një temperaturë të përcaktuar mund të përshkruhet nga një raport pa dimension,
5. ndonjëherë i quajtur emissivitet, raporti i fuqisë emissive të trupit me fuqinë emissive të një trupi
i zi i të njejtit madhësi dhe formë në të njëjtën temperaturë fikse. Me këtë përkufizim, ligji i
Kirkofit thotë:
Për një trup arbitrar që emeton dhe absorbon rrezatim termik në ekuilibrin termodinamik,
emissiviteti është i barabartë me absorbueshmërinë.
Në disa raste, fuqia emetuese dhe thithshmëria mund të përcaktohen për të varur nga këndi, siç
përshkruhet më poshtë. Gjendja e ekuilibrit termodinamik është e nevojshme në deklaratë, sepse
barazia e emisioneve dhe thithshmërisë shpesh nuk e mban kur materiali i trupit nuk është në
ekuilibrin termodinamik.
Ligji i Kirkofit ka një tjetër konkluzion: emissivity nuk mund të kalojë një (sepse absorptivity
nuk mund, me ruajtjen e energjisë), kështu që nuk është e mundur të rrezatojë termikisht më
shumë energji se një trup i zi, në ekuilibër. Në luminescencën negative, thithja e integruar e
këndit dhe gjatësisë së valës tejkalon shkarkimin e materialit, megjithatë, sisteme të tilla mund të
furnizohen nga një burim i jashtëm dhe prandaj nuk janë në ekuilibrin termodinamik.
1.3.Modeli i trupit apsolut të zi
Rrezatimi i zi-trupit është rrezatimi termal elektromagnetik brenda ose përreth një trupi në
ekuilibrin termodinamik me mjedisin e tij, ose emetuar nga një trup i zi (një trup i errët dhe jo-
reflektues). Ajo ka një spektër dhe intensitet specifik që varet vetëm nga temperatura e trupit, që
supozohet për hir të llogaritjeve dhe teorisë të jetë uniforme dhe konstante.
Rrezatimi termik emetuar spontanisht nga shumë objekte të zakonshme mund të përafrohet si
rrezatim i zi-trupit. Një mbyllje e izoluar e përkryer që është në ekuilibrin termik brenda
përmban rrezatim të zi-trupit dhe do ta lëshojë atë nëpërmjet një vrime të bërë në mur, me kusht
që vrima të jetë e vogël sa të ketë efekt të papërfillshëm mbi ekuilibrin.
Një trup i zi në temperaturën e dhomës duket i zi, pasi shumica e energjisë që rrezaton është
infra-kuqe dhe nuk mund të perceptohet nga syri i njeriut. Për shkak se syri i njeriut nuk mund të
perceptojë ngjyrën me intensitet shumë të ulët të dritës, një trup i zi, i shikuar në errësirë në
temperaturën më të ulët vetëm të dukshme, shfaqet subjektivisht gri (por vetëm sepse syri i
njeriut është i ndjeshëm vetëm në bardh e zi me intensitete shumë të ulëta - në të vërtetë,
frekuenca e dritës në diapazonin e dukshëm do të ishte akoma e kuqe, megjithëse intensiteti do të
ishte shumë i ulët për të dalluar si të kuqe) edhe pse spektri fizik objektiv i tij është në
maksimumin e infra të kuqe. Kur bëhet pak më i nxehtë, duket e zbehtë e kuqe. Ndërsa
temperatura e saj rritet më tej ajo përfundimisht bëhet blu-bardhë.Megjithëse planetët dhe yjet
nuk janë as në ekuilibër termik me mjedisin e tyre, as trupa të përsosurtë zeza,
rrezatimi i zi-trupit përdoret si një përafrim i parë për energjinë që emetojnë. Buzët
e zeza janë trupa të zeza gati perfekte, në kuptimin që ato thithin të gjithë rrezatimi që bie mbi
6. to. Është propozuar që ata të lëshojnë rrezatim të zi-trupit (të quajtur rrezatimi Hawking), me një
temperaturë që varet nga masa e vrimës së zezë.Termi trupi i zi u fut nga Gustav Kirchhoff në
1860. Rrezatimi i zi-trupit quhet edhe rrezatimi termik, rrezatimi i zgavrës, rrezatimi i plotë ose
rrezatimi i temperaturës.
1.4.Ligjet e rrezatimit të trupit absolut të zi
• Ligji i Shtefan Bolcmanit
Ligji Stefan-Boltzmann përshkruan fuqinë e rrezatuar nga një trup i zi në drejtim të temperaturës
së tij. Në mënyrë të veçantë, ligji Stefan-Boltzmann thotë se energjia totale e rrezatuar për
sipërfaqen e një njësie të trupit të zi në të gjitha gjatësitë e valës për njësi kohore.
𝑗∗
= 𝜎𝑇4
Konstantja sa e proporcionalitetit σ, e quajtur konstantja Stefan-Boltzmann rrjedh nga konstantet
e tjera të njohura të natyrës.Vlera e konstansit është:
𝜎 =
2𝜋5 𝑘4
15𝑐ℎ2ℎ3 = 5.670373 × 10−8 𝑊 𝑚−2 𝐾−4
ku k - është konstante Boltzmann,
7. h - është konstante e Plankut, dhe
c - është shpejtësia e dritës në vakum.
Kështu në 100 K fluksi i energjisë është 5.67 W / 𝑚2
, në 1000 K 56.700 W / 𝑚2
, etj.
Radiacionit (vat për metër katror për steradian) jepet nga:
𝐿 =
𝐽∗
𝜋
=
𝜎
𝜋
𝑇4
Irëziance j* ka përmasat e fluksit të energjisë (energjia në kohë për zonë), dhe njësitë SI të masës
janë joules për sekondë për metër katror, ose në mënyrë të barabartë, watts për metër katror.
Njësia SI për temperaturën absolute T është kelvin. e është emissiviteti i trupit gri ; nëse është
një zezë e përsosur ∈ = 1, Në rastin më të përgjithshëm (dhe realist), emissiviteti varet nga
gjatësia e valës: ∈=∈ (𝜆)
Për të gjetur fuqinë totale të rrezatuar nga një objekt, shumohen nga sipërfaqja e saj
𝑃 = 𝐴 𝑗∗
= 𝐴 ∈ 𝜎 𝑇4
Gjurmët e gjatësisë së valës dhe gjatësia e nënvleftësisë, metamaterialet dhe nanostrukturat e
tjera nuk i nënshtrohen limiteve rreze-optike dhe mund të dizajnohen për të tejkaluar ligjin
Stefan-Boltzman.
• Ligji i zhvendosjes së Vinit
Ligji i zhvendosjes së Vienës thotë se kurba e rrezatimit të trupit të zi për temperatura të
ndryshme ndodh në një gjatësi vale inversely proporcionale me temperaturën. Zhvendosja e këtij
kulmi është një pasojë e drejtpërdrejtë e ligjit të rrezatimit Planck, i cili përshkruan shkëlqimin
spektral të rrezatimit të trupit të zi si një funksion i gjatësisë së valës në çdo temperaturë të
dhënë. Megjithatë, ajo ishte zbuluar nga Vini disa vite para se Maks Plankut të zhvillonte një
ekuacion më të përgjithshëm dhe përshkruan të gjithë zhvendosjen e spektrit të rrezatimit të
trupit të zi në gjatësi vale më të shkurtra, ndërsa temperatura rritet.Formalisht,
Ligji i Zhvendosjes së Vjenës thotë se rrezatimi spektror i rrezatimit të trupit të zi për gjatësi
vale,të njësisë, majat në gjatësinë e valës λmax dhënë nga:
𝜆 𝑚𝑎𝑥 =
𝑏
𝑇
ku T është temperatura absolute në kelvin,b është një konstante e proporcionalitetit
që quhet konstante e zhvendosjes së Vinit, e barabartë me 2.8977729 (17) × 10-3
m⋅K ose më e përshtatshme për të marrë gjatësi vale në mikrometra, b ≈ 2900 μm ·
K. Nëse dikush është duke marrë parasysh kulmin e emisionit të trupit të zi për
8. frekuencë njësi ose për bandwidth proporcionale, duhet të përdorni një konstante të
ndryshme proporcionaliteti. Megjithatë, forma e ligjit mbetet e njëjtë: gjatësia vale e pikut është
në përpjesëtim të kundërt me temperaturën (ose frekuenca e pikut është drejtpërsëdrejti
proporcionale me temperaturën).
Ligji i zhvendosjes së Vinit mund të quhet "Ligji i Vinit", një term që përdoret gjithashtu për
përafrimin e Vinit.
•Ligji i Relej-Xhinsit
Në fizikën, ligji Rayleigh-Jeans (Relej-Xhinsit) është një përafrim i rrezatimit spektral të
rrezatimit elektromagnetik si një funksion i gjatësisë së valës nga një trup i zi në një temperaturë
të caktuar nëpërmjet argumenteve klasike. Për gjatësinë e valës 𝜆 , është:
𝐵𝜆( 𝑇) =
2𝑐𝑘 𝐵 𝑇
𝜆
Ku B𝜆 është rrezja spektrale; fuqia e emetuar për zonën e emetimit të njësisë, për steradian, për
gjatësi vale të njësisë, c është shpejtësia e dritës, 𝒌 𝒃 është konstanta Boltzmann dhe T është
temperatura në kelvin. Për frekuencën 𝝂, shprehja është në vend të kësaj:
𝐵 𝜈(𝑇) =
2𝑐𝑘 𝐵 𝑇
𝑐2
Ligji Rayleigh-Jeans (Relej-Xhinsit) pajtohet me rezultate eksperimentale në gjatësi vale të
mëdha (frekuenca të ulëta), por fuqimisht nuk pajtohet me gjatësi vale të shkurtra (frekuenca të
larta). Kjo mospërputhje midis vëzhgimeve dhe parashikimeve të fizikës klasike njihet zakonisht
si katastrofa ultravjollcë. Rezoluta e saj në vitin 1900 me derivimin nga Maks Plankut i ligjit të
9. Plankut, i cili jep rrezatimin korrekt në të gjitha frekuencat, ishte një aspekt themelor i zhvillimit
të kuantit mekanikë në fillim të shekullit të 20-të.
1.5.Ligji i Plankut për rrezatim
Ligji i Plank përshkruan densitetin spektral të rrezatimit elektromagnetik të emetuar nga një trup
i zi në ekuilibrin termik në një temperaturë të caktuar T. Ligji është emëruar pas Maks Plankut, i
cili e propozoi atë në vitin 1900. Kjo është një rezultat pionier i fizikës moderne dhe teorisë
kuantike.
10. Sjellja spektrale e një trupi, Bν, përshkruan sasinë e energjisë që jep si rrezatim i frekuencave të
ndryshme. Matet në terma të fuqisë së emetuar për njësi të sipërfaqes së trupit, për njësi të ngurtë
që rrezikohet rrezatimi, për frekuencë njësi. Plank tregoi se rrezatimi spektror i një trupi për
frekuencën ν në temperaturën absolute T është dhënë nga:
𝐵𝜈(ν, 𝑇) =
2ℎ 𝜈3
𝑐2
1
ℎ𝑣
𝑒 𝑘 𝐵 𝑇
− 1
Ligji gjithashtu mund të shprehet me terma të tjerë, siç është numri i fotoneve të emetuara në një
gjatësi vale ose densiteti i energjisë në një vëllim rrezatimi. Njësitë SI të Bν janë W · sr-1 · m-2
· Hz-1, ndërsa ato të Bλ janë W · sr-1 · m-3.
Në kufirin e frekuencave të ulëta (dmth. Gjatesite e gjata të valëve), ligji i Plankut priret drejt
ligjit Relej Xhinsit, ndërsa në kufirin e frekuencave të larta (dmth. Gjatësi vale të vogla) ajo
tenton të përafrohet me Vinit.
Maks Plank e zhvilloi ligjin në vitin 1900 me vetëm konstante të përcaktuara empirikisht dhe më
vonë tregoi se, shprehur si një shpërndarje e energjisë, është shpërndarja unike e qëndrueshme e
rrezatimit në ekuilibrin termodinamik. Si një shpërndarje energjie, ajo është një nga familjet e
ekuilibrit termik shpërndarjet të cilat përfshijnë shpërndarjen Bose-Anishtajn, shpërndarjen
Fermi-Dirak dhe shpërndarjen Maksvell-Boltzman.
1.6.Kuantet e dritës
Ligjet themelore te optikes gjeometrike te cilat i zbatuam ne pasqyra,thjerra dhe instrumente
optike kane karakter empirik dhe nuk na japin pergjigjje per natyren e drites. Optika ndahet ne
optiken gjeometrike dhe optiken fizike.Hajgensi shqyrtimet e para shkencore per driten i filloi
me 1678 ne vepren "Traite de la lumiere" e me 1704 Njutoni ne vepren "Optics"Teoria e
Hajgensit per driten quhet teoria valore e drites. Hajgensi thote se drita perhapet si impuls neper
11. ndonje mjedis elastik ne menyre te ngjashme me perhapje te vales ne siperfaqe te ujit,kur ne te
hedhim ndonje guralec. Ndryshe nga Hajgensi, Njutoni e mendon driten si rrebesh te grimcave te
cilat dalin nga burimi i drites.
Teoria Njutonit per driten quhet teoria korpuskulare e drites.Kjo teori thote se shpejtesia e drites
ne vakum eshte me e vogel , kurse ne mjedise te tejdukshme me e madhe. Te dya teorite i
shpjegojne ne menyra te kenaqshme ligjet themelore te optikes,por arrijne ne perfundime te
kunderta per shpjegimin e shpejtesis se drites ne vakum. Mosperputhja themelore mes teorise
korpuskulare dhe teorise valore te drites qendron ne trajtimin e shpejtesis se drites ne vakum dhe
ne ndonje mjedis te tejdukshem.
Te dya teorite jane te sakta.Tash ne cilesin e re dhe me te larte te shkences pranohet se drita ka
natyre te dyfisht,qe quhet natyre duale e drites.Ekzistojne disa dukuri per shpjegimin e te cilave
duhet te merret ne konsiderim natyra grimcore e drites psh;dukuria e fotoefektit dhe efektit te
Komptonit,por ka edhe dukuri te tjera per shpjegimin e te cilave duhet te merret ne konsiderim
natyra valore e drites psh; interferenca ,difraksioni dhe disperzioni i drites.
Cilesite e fotonit;
Levizin me shpejtesi te drites sikurse valet EM.
Nuk kane mase dhe energji te qetesise.
Bartin energjine,impulsin dhe krijojne shtypje.
Mund te krijohen dhe te shkaterrohen ne procesin e emetimit dhe thithja.
Dhe mund te goditen me grimcat tjera njelloj si grimcat.
Ajnshtajni per shpjegimin e fotoefektit ringjalli teorine grimcore te drites dhe kuantet e saj i
quajti fotone.
•Dualiteti grimcë-valë
Dualiteti i valëve-grimcave është koncepti në mekanikën kuantike që çdo grimcë ose entitet
kuantik mund të përshkruhet pjesërisht në terma jo vetëm të grimcave, por edhe të valëve.
Shpreh pamundësinë e koncepteve klasike "grimcë" ose "valë" për të përshkruar plotësisht
sjelljen e objekteve në shkallë kuantike. Si Albert Einstein ka shkruajtur:
Duket sikur ne duhet të përdorim nganjëherë një teori dhe nganjëherë tjetrën, ndërkohë që herë
pas here mund të përdorim. Ne jemi përballur me një lloj të ri vështirësish. Kemi dy fotografi
kontradiktore të realitetit; ndaras asnjeri prej tyre nuk shpjegon plotësisht fenomenin e dritës, por
së bashku ata bëjnë.
Përmes veprës së Max Planck, Einstein, Louis de Broglie, Arthur Compton, Niels Bohr dhe
shumë të tjerë, teoria aktuale shkencore pohon se të gjitha grimcat kanë gjithashtu një natyrë valë
(dhe anasjelltas). Ky fenomen është verifikuar jo vetëm për grimcat elementare, por edhe për
grimcat komplekse si atomet dhe madje edhe molekulat. Për grimcat makroskopike, për shkak të
gjatësisë së valëve të tyre jashtëzakonisht të shkurtra, vetitë e valës zakonisht nuk mund të
zbulohen.Megjithëse përdorimi i dualitetit të valëve-grimcave ka funksionuar mirë në fizikë,
12. kuptimi ose interpretimi nuk është zgjidhur në mënyrë të kënaqshme; shih Interpretimet e
mekanikës kuantike.
Bohri e konsideronte "paradoksin e dualizmit" si një fakt themelor ose metafizik të natyrës. Një
lloj i caktuar i objektit kuantik do të shfaqë ndonjëherë valë, ndonjëherë grimcë, karakter, në
mjedise përkatësisht të ndryshme fizike. Ai e pa një dualizëm të tillë si një aspekt i konceptit të
komplementaritetit. Bohr konsideroi heqjen dorë nga relacioni shkak-pasojë, apo
komplementaritetit, i figurës hapësinore, si thelbësore për llogarinë kuantike kuantike.
Werner Heisenberg e shqyrtoi çështjen më tej. Ai e pa dualin si të pranishëm për të gjitha
entitetet kuantike, por jo mjaft në llogarinë e zakonshme kuantike të konsiderohet nga Bohr. Ai e
pa atë në atë që quhet quantizim i dytë, i cili gjeneron një koncept krejtësisht të ri të fushave që
ekzistojnë në hapësirën e zakonshme të kohës, porse kauzaliteti ende të jetë i dukshëm. Vlerat
klasike të fushës (p.sh. fuqitë e fushës elektrike dhe magnetike të Maxwell) janë zëvendësuar nga
një lloj krejtësisht i ri i vlerës së fushës, siç konsiderohet në teorinë e fushës kuantike. Duke e
kthyer arsyetimin rreth, mekanika e zakonshme kuantike mund të konklud
•Enërgjia impulsi dhe masa e kuanteve të dritës
Nga teoria speciale e relativitetit per lidhje te energjisë(E) dhe masës(m) kemi formulen:
𝐸 = 𝑚𝑐2
= 𝑚 =
𝐸𝑓
𝑐2
=
ℎ 𝑓
𝑐2
ku hf paraqet energjinë e fotonit.
Kur fotoni është në qetësi ai posedon masë zero ndërsa kur lëviz ai lëviz me shpejtësi të
dritës.Lidhja në mes enregjisë,masës dhe impulsit jepet me formulen: 𝐸 = 𝐶√𝑃2 + 𝑚0 𝑐2
Pasi fotoni në qetsi është 0 atëherë impulsi i tij do të jetë: 𝑝 =
𝐸
𝑐
=
ℎ 𝑓
𝑐
= 𝑚𝑐 , kurse masa e
fotonit 𝑚 =
ℎ 𝑓
𝑐
ndërsa për frekuencën sipas gjatsisë valore kemi: 𝑓 =
𝑐
𝜆
; 𝑝 =
ℎ 𝑐
𝑐 𝜆 =
ℎ
𝜆
1.7.Shtypja e dritës
Fusha EM (drita) nuk ka masw por enwrgji e cila pwrhapet nw formw valore dhe quhet valw
EM.Enwrgjia,tw cilwn e bartin kwto valw manifestohet si shtypje dhe si impuls.Shtypja dhe
impulsi ka vetwm trupi me masw tw dhwnw,prandaj shtypja dhe impulsi i valwve EM nuk ka
asgjw tw pwrbashkwt me madhwsitw pwrkatwse mekanike,pwrveq emrit.Nwse n fotone bien
normalisht nw sipwrfaqen S dhe secili bart enwrgjinw E,atwherw fluksi Φ i dritws pwr njwsi tw
kohws do tw bartw enwrgjinw:
Φ=n·E
13. Nwse nw sipwrfaqja i thith plotwsisht kwto fotone,atwherw sasiia e lwvizjes sw tyre
manifestohet si shtypje nw atw sipwrfaqe me vlerwn :
𝑃 =
𝐹𝑠ℎ𝑡𝑦𝑝.
𝑆
=
𝑛 · 𝑝𝑓𝑜𝑡.
𝑆
=
𝛷
𝐸𝑆
· 𝑝𝑓𝑜𝑡
Nwse ajo sipwrfaqe i reflekton plotwsisht fotonet,ndwrrimi i impulsit tw tyre do tw jetw dy herw
mw i madh se nw rastin e thithjes,prandaj pwr shtypje kemi:
𝑃 =
2𝛷
𝐸𝑆
· 𝑝𝑓𝑜𝑡.
Nwse e shwnojmw me R koeficientin e reflektimit tw kwsaj sipwrfaqeje,duke ditur se vlen
gjithmonw 0 ≤ 𝑅 ≤ 1, do tw kemi pwr shtypje,pwr dy rastet,thithje dhe reflektim.
𝑃 =
𝛷 · 𝑝 𝑓𝑜𝑡.
𝐸𝑆
(1 + 𝑅)
impulsi i fotoneve sipas 𝑃 =
𝐸
𝑐
=
ℎ𝜈
𝑐
=
ℎ
𝜆
, kemi:
𝑝𝑓𝑜𝑡. =
𝐸
𝑐
ndwrsa shtypja e dritws fitohet duke zwvendwsuar formulwn 𝑃 =
𝛷·𝑝 𝑓𝑜𝑡.
𝐸𝑆
(1 + 𝑅)
𝑃 =
𝛷
𝑆𝑐
· (1 + 𝑅) =
1
𝑐
· (1 + 𝑅)
ku wshtw I=Φ/S,fluksi nw njwsi tw siperfaqes.
1.8.Efekti i fotoelektrik
efekti fotoelektrik t është emetimi i elektroneve ose i transportuesve të tjerë të lirë kur drita
ndriçon në një material. Elektronet e emetuara kështu mund të quhen tringa elektronike. Ky
fenomen zakonisht studiohet në fizikën elektronike, si dhe në fushat e kimisë, si kimia kuantike
ose elektrokimi.Sipas teorisë klasike elektromagnetike, ky efekt mund t'i atribuohet transferimit
të energjisë nga drita në një elektron. Nga kjo perspektivë, një ndryshim në intensitetin e dritës
do të shkaktonte ndryshime në energjinë kinetike të elektroneve të emetuara nga metalet. Për më
tepër, sipas kësaj teorie, një dritë tepër e zbehtë pritet të tregojë një vonesë kohore midis
ndriçimit fillestar të dritës së tij dhe emetimit të mëvonshëm të një elektronike. Megjithatë,
rezultatet eksperimentale nuk lidhen me asnjë nga dy parashikimet e bëra nga teoria e klasës.Në
vend të kësaj, elektronet shkëputen vetëm nga efekti i fotoneve kur këto fotone arrijnë ose
tejkalojnë një frekuencë pragu (energji). Më poshtë se pragu, asnjë elektron nuk lirohet nga
14. materiali, pavarësisht nga intensiteti i dritës ose kohëzgjatja e kohës së ekspozimit në dritë
(rrallë, një elektron do të shpëtojë duke thithur dy ose më shumë kuantë, megjithatë kjo është
shumë e rrallë sepse koha ajo thith mjaft për të shpëtuar, elektron ndoshta do të ketë emetuar
pjesën tjetër të kuantëve.). Për të kuptuar faktin se drita mund të nxjerrë elektronet edhe nëse
intensiteti i tij është i ulët, Albert Ajnshtajni propozoi që një rreze drite nuk është një valë
hapësire, por një koleksion gjatësi vale (fotone) secila me energji hν. Kjo ka hedhur dritë mbi
zbulimin Planck Planck të mëparshëm (E = hν) që lidh energjinë (E) dhe frekuencën (ν) si
rezultat i quantizimit të energjisë. Faktori h njihet si konstanta Plankut.
Në vitin 1887, Heinrich Hertz zbuloi se elektrodat me dritë ultravjollcë krijojnë ndezje elektrike
të lehta. Në vitin 1900, gjatë studimit të rrezatimit të zi-trupit, fizikan gjerman Max Planck
sugjeroi që energjia e mbartur nga valët elektromagnetike mund të lëshohej vetëm në një "paketë
energjie". Në vitin 1905, Albert Ajnshtajni botoi një letër që avanconte hipotezën se energjia e
dritës bartet në pako specifike kuantifikohen për të shpjeguar të dhënat eksperimentale nga efekti
fotoelektrik. Ky model kontribuoi në zhvillimin e mekanikës kuantike. Në 1914, eksperimenti i
Robert Millikan mbështeti modelin Einstein të efektit fotoelektrik. Einstein u dha çmimin Nobel
në vitin 1921 për "zbulimin e tij të ligjit të efekteve fotoelektrike" dhe Millikan u nderua me
Çmimin Nobel në vitin 1923 për "punën e tij mbi ngarkesën elementare të energjisë elektrike dhe
efektin fotoelektrik".
Efekti fotoelektrik kërkon që fotone të energjisë të afrohen zero (në rastin e afinitetit negativ të
elektronit) në mbi 1 MeV për elektronet kryesore në elementë të lartë atomikë. Emetimi i
elektroneve të plumbit nga metale tipike zakonisht kërkon një volt elektron, që korrespondon me
dritën e dritës së dritës së shkurtër ose ultravjollcë. Studimi i efektit fotoelektrik çoi në hapa të
rëndësishëm në lidhje me natyrën kuantike të dritës dhe elektroneve dhe ndikoi në formimin e
konceptit të gjatësisë së valës së valëve të dyfishtë.Fenomene të tjera ku drita ndikon në lëvizjen
elektrike të ngarkesës përfshijnë efekt fotokonduktiv (i njohur gjithashtu si fotokonduktiviteti ose
fotoresistiviteti), efektin fotovoltaik dhe efektin fotoelektrokimik.
Shkarkimet e imazheve mund të ndodhin nga çdo material, por mund të vëzhgohen lehtësisht nga
metale ose përçuesve të tjerë, sepse procesi prodhon një çekuilibër ngarkimi dhe nëse kjo
çekuilibri i ngarkesës nuk neutralizohet nga rrjedha aktuale (e lejuar nga përçueshmëria), barriera
potenciale ndaj rritjes së emisionit derisa rrjedha e shkarkimit të ndalet. Është gjithashtu e
zakonshme që sipërfaqja emitting të jetë vakum, pasi gazrat pengojnë rrjedhën e fotoelektroneve
dhe i bëjnë ato të vështira për t'u vëzhguar. Përveç kësaj, barriera e energjisë me foto-shkarkim
zakonisht rritet me shtresa të hollë të oksidit të metalit nëse metali është i ekspozuar ndaj
oksigjenit, kështu që eksperimentet dhe pajisjet me bazë fotosenzitimi përdorin sipërfaqet e
pastra metalike në vakuum.Kur fotoelektron është lëshuar në një ambjent të ngurtë, në vend të
vakumit, termi imazhi i imazhit të brendshëm shpesh përdoret dhe emetohet në një vakuum të
shquar si emision i jashtëm.
15. 1.9.Efekti i komptonit
Shpërndarja e Kompton, zbuluar nga Arthur Holly Compton, është shpërndarja
inelastike e një fotoni nga një grimcë e ngarkuar, zakonisht një elektron. Rezulton
një rënie në energji (rritje në gjatësinë e valës) të fotonit (i cili mund të jetë një
foton me rreze X oserreze gama), e quajtur efekti i Komptonit. Një pjesë e
energjisë së fotonit transferohet në elektronin e tërheqjes. Shfaqet shpërndarja e
kundërt Compton, në të cilën një grimcë e ngarkuar transferon pjesë të energjisë së saj në një
foton. Deri në fillim të shekullit të 20-të, hulumtimi mbi bashkëveprimin e rrezeve X me
materien ishte në proces. Është vërejtur se kur rrezet X me një gjatësi vale të njohur
ndërveprojnë me atomet, rrezet X shpërndahen përmes një këndi θ dalin në një gjatësi të valës
tjetër të lidhur me θ. Megjithëse elektromagnetizmi klasik parashikoi që gjatësia e valëve të
rrezeve të shpërndara duhet të jetë e barabartë me gjatësinë vale fillestare, eksperimentet e
shumta kishin gjetur se gjatësia e valës së rrezeve të shpërndara ishte më e gjatë (që
korrespondonte me energji më të ulët) sesa gjatësia vale fillestare.
Në vitin 1923, Compton botoi një letër në Revistën Fizike që shpjegoi zhvendosjen me rreze X
duke atribuar momentin e ngjashëm me grimcat në dritën e kuantëve (Ajnshtajni kishte
propozuar kuantet e lehta në vitin 1905 në shpjegimin e efektit fotoelektrik, por Compton nuk
ndërtoi mbi Einsteinin punë). Energjia e kuantit të dritës varet vetëm nga frekuenca e dritës. Në
gazetën e tij, Compton nxori lidhjen matematikore midis zhvendosjes në gjatësi vale dhe këndit
të shpërndarjes së rrezeve X duke supozuar që çdo foton me shpërndarje të rrezeve X ndërveproi
me vetëm një elektron. Dokumenti i tij përfundon duke raportuar për eksperimentet që vërtetuan
lidhjen e tij që rrjedh:
16. 𝜆′
− 𝜆 =
ℎ
𝑚 𝑒 𝑐
· (1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃),
ku 𝜆 - është gjatësia vale fillestare,
𝜆' - është gjatësia vale pas shpërndarjes,
ℎ - është konstantja e Plankut,
𝑚 𝑒 - është masa e pushimit elektron,
c - wshtw shpejtwsia e dritws dhe
θ - është këndi i shpërndarjes.
Sasia
ℎ
𝑚 𝑒 𝑐
njihet si gjatësia e valës Compton e elektronit; është e barabartë me 2.43 × 10-12 m.
Zhvendosja e gjatësisë së valës 𝜆′
− 𝜆 është të paktën zero (pwr θ=0°),dhe më së shumti dyfishin
e valës së valës Kompton të elektronit (për θ = 180 °).Compton zbuloi se disa rreze X nuk
përjetonin ndryshim të gjatësisë së valës pavarësisht se ishin shpërndarë nëpër kënde të mëdha;
në secilën prej këtyre rasteve fotoni dështoi të nxjerrë një elektron.
Prandaj madhësia e zhvendosjes nuk lidhet me gjatësinë e valës Kompton të elektronit, por me
gjatësinë e valës Compton të të gjithë atomit, që mund të jetë mbi 10000 herë më i vogël.
Kjo njihet si shpërndarja "koherente" e të gjithë atomit, meqë atomi mbetet i paprekur, duke mos
fituar asnjë ngacmim të brendshëm.
