ΚΛΑΣΣΙΚΗ ΚΑΙ ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

CLASSICAL AND QUANTUM THEORIES OF LIGHT (Αγγλική)

  1. MSc thesis
  2. ΑΒΡΑΜΙΔΗΣ, ΛΑΖΑΡΟΣ
  3. Μεταπτυχιακή Ειδίκευση Καθηγητών των Φυσικών Επιστημών (ΚΦΕ)
  4. 22 Σεπτεμβρίου 2018 [2018-09-22]
  5. Ελληνικά
  6. 108
  7. ΤΣΙΡΙΓΩΤΗΣ, ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ
  8. ΛΕΪΣΟΣ, ΑΝΤΩΝΙΟΣ | ΚΕΧΑΓΙΑΣ, ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ
  9. ΜΕΛΑΝ ΣΩΜΑ | BLACK BODY | WIEN | WIEN | PLANCK | PLANCK | DEBYE | DEBYE | ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ Α-Β EINSTEIN | EINSTEIN A-B COEFFICIENTS | ΗΜΙΚΛΑΣΣΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ | SEMI CLASSIKAL PHYSICS
  10. 1
  11. 3
  12. 14
  13. ΥΠΑΡΧΟΥΝ 8 ΕΙΚΟΝΕΣ ΚΑΙ 7 ΣΧΗΜΑΤΑ
    • Για την παρουσίαση της μετάβασης από την κλασσική στην κβαντική θεώρηση του φωτός είχαμε δύο σκοπούς: α. Το ξεκαθάρισμα των πιο καίριων και πιο δυσνόητων σημείων της πορείας β. την απλότητα του τρόπου ανάλυσης των μαθηματικών σημείων της μετάβασης ώστε να είναι εύκολα παρακολουθήσιμα από έναν πρωτοετή φοιτητή. Για τους σκοπούς αυτούς αρχικά παρουσιάζουμε πώς από τις εξισώσεις του Maxwell προέκυψε ότι διαταραχές στις τιμές Η/Μ πεδίων διαδίδονται στο κενό σαν Η/Μ κύματα με ταχύτητα την γνωστή ταχύτητα του φωτός. Με βάση αυτό το αποτέλεσμα, παρουσιάζουμε την απόδειξη του Thompson για τον τύπο του Η/Μ πεδίου που ακτινοβολείται από ευθύγραμμα επιταχυνόμενο σημειακό φορτίο. Ύστερα παρουσιάζουμε την σχέση των Rayleigh και Jeans που όχι μόνο δεν συμφωνούσε με το πείραμα αλλά και εμφάνιζε την λεγόμενη «υπεριώδη καταστροφή». Μετά δείχνουμε πώς μέσω της υπόθεσης των κβάντα ο Planck παρέκαμψε το θεώρημα ισοκατανομής ενεργειών του Boltzmann και οδηγήθηκε σε τύπο που συμφωνούσε με το πείραμα. Επίσης, από τις θεμελιώδεις ταλαντώσεις συζευγμένων ταλαντωτών θα δούμε με ποιον άλλο τρόπο οι Rayleigh και Jeans οδηγήθηκαν πάλι στην «υπεριώδη καταστροφή», και πώς ο Debye πήγε από εκεί στον σωστό τύπο του Planck. Τέλος, θα δούμε και με ποιόν τρόπο ο Einstein, αποδεικνύοντας ξανά τον τύπο του Planck αλλά ξεκινώντας από την εικόνα εκπομπής φωτονίων κατά τα άλματα του Bohr, προέβλεψε το φαινόμενο εξαναγκασμένης αποδιέγερσης και ακτινοβολίας που αποτέλεσε την βάση λειτουργίας του LASER. Δεν παραλείπουμε μια σύντομη παρουσίαση του πώς η κβαντική φυσική κράτησε κοινή με την κλασσική φυσική την λεγόμενη «κανονική κατανομή» παρόλο που έπρεπε να εγκαταλείψει την κατανομή Maxwell-Boltzmann, για να αποφύγει τις καταστροφικές συνέπειες του θεωρήματος ισοκατανομής ενεργειών. Στο τέλος παρουσιάζουμε μια αποτίμηση της πορείας μετάβασης υπό το πρίσμα της εικόνας που έφτασε η κβαντομηχανική όταν τελικά η εξίσωση του Schroedinger διαδέχθηκε τις αρχικές ιδέες του de Broglie για την κυματομηχανική. Επίσης συμπεριλαμβάνουμε σχέδια μαθημάτων για παρουσιάσεις σε μαθητές λυκείου σε δυο θέματα σχετικά με τα παραπάνω.
    • For the presentation of the transition from the classical to the quantum theories of light we had two goals in mind: a. The clarification of the most relevant and of the most difficult points of the transition b. the simplified description of the mathematical analysis of the transition, so as to make it easy to follow for a freshman student of physics. To achieve these goals we start by presenting how the Maxwell equations describe that disturbances of the E/M fields propagate in the vacuum like E/M waves with the known speed of light. On the basis of this result we present Thompson’s very simple proof for the formula of the E/M field radiated form a point charge accelerating on a straight line. Then we present the formula of Rayleigh and Jeans that not only failed to agree with experiment but also displayed the so called “ultraviolet catastrophe”. Then we show how Planck, through the quanta hypothesis, avoided Boltzmann’s theorem of equipartition of energy and was led to a formula that agreed with experiment. Also, from the normal modes of coupled oscillations we will see how Rayleigh and Jeans were led again to the ultraviolet catastrophe and how Debye using also the method of coupled oscillations predicted Planck’s correct formula. Finally, we will also see how Einstein, proving again Planck’s formula but starting from the concept of emission of light quanta during Bohr jumps, was led to the prediction of the induced emission effect that later became the basis of the operation of LASER. We also include a short presentation of how quantum physics retained, in common with classical physics, the so called “canonical distribution” although it had to abandon the Maxwell-Boltzmann distribution, in order to avoid the catastrophic consequences of the theorem of equipartition of energy. At the end we present an evaluation of the described transition in the light of the picture reached by quantum mechanics when finally Schrodinger’s equation became the successor of the first ideas of de Broglie on wave mechanics. We also include two course plans of teaching to high school students for two topics related to the above material.
  15. Αναφορά Δημιουργού 4.0 Διεθνές