Fale elektromagnetyczne i korpuskularna natura światła

Fizyka atomowa zajmuje się badaniem struktury i właściwości atomów oraz ich oddziaływań z promieniowaniem elektromagnetycznym. Kluczowym elementem jest zrozumienie natury fal elektromagnetycznych i ich widma.

Widmo fal elektromagnetycznych obejmuje szeroki zakres, od fal radiowych o najniższej częstotliwości, przez mikrofale, podczerwień, światło widzialne (380-750 nm), ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie, aż po promieniowanie gamma o najwyższej częstotliwości.

Definicja: Widmo fali elektromagnetycznej to uszeregowanie fal według malejącej częstotliwości i wzrastającej długości lub odwrotnie.

Prędkość światła w próżni wynosi c = 3·10⁸ m/s i jest związana z częstotliwością i długością fali zależnością: c = λf.

Światło wykazuje dualną naturę falowo-korpuskularną, co oznacza, że może zachowywać się zarówno jak fala, jak i strumień cząstek (fotonów).

Highlight: Zjawiska falowe światła obejmują odbicie, załamanie, dyfrakcję i interferencję.

Energia fotonu jest opisana równaniem: Ef = hf, gdzie h to stała Plancka (6,63·10⁻³⁴ J·s).

Vocabulary: Spektroskop - przyrząd do obserwacji widm, spektrograf - do rejestracji widm na kliszy fotograficznej, spektrometr - do pomiaru długości fal.

Jonizacja i fotoefekt

Energia jonizacji to kluczowe pojęcie w fizyce atomowej, określające ilość energii potrzebnej do usunięcia elektronu z atomu.

Definicja: Jonizacja to proces usuwania co najmniej jednego elektronu z atomu, prowadzący do powstania jonu.

Sposoby jonizacji atomu obejmują:

1. Zderzenie z innym elektronem
2. Naświetlenie fotonem o odpowiedniej energii
3. Podniesienie temperatury atomu

Serie widmowe, takie jak seria Lymana, Balmera i Paschena, opisują przejścia elektronów między różnymi poziomami energetycznymi w atomie wodoru.

Vocabulary: Seria Lymana - przejścia na poziom n=1, seria Balmera - przejścia na poziom n=2, seria Paschena - przejścia na poziom n=3.

Fotoefekt to zjawisko emisji elektronów pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego. Wyróżniamy:

• Fotoefekt zewnętrzny - wybijanie elektronów z metalu przez światło o odpowiedniej częstotliwości
• Fotoefekt wewnętrzny - przejście elektronów na wyższe poziomy energetyczne w półprzewodnikach

Example: W fotokomórce wykorzystuje się zjawisko fotoefektu zewnętrznego do generowania prądu elektrycznego pod wpływem światła.

Energia kinetyczna wybitego elektronu w fotoefekcie zewnętrznym jest opisana równaniem: Ek = hf - W₀, gdzie W₀ to praca wyjścia charakterystyczna dla danego metalu.