Zamknięcie działu 11
📌 Najważniejsze w pigułce (cały dział)
- Promieniowanie termiczne — każde ciało promieniuje; cieplejsze → krótsze fale (czerwony → biały).
- Foton to kwant światła o energii $E = hf$; światło ma dualizm korpuskularno-falowy.
- Widma (ciągłe/liniowe); linie = przejścia elektronów między skwantowanymi poziomami (kod pierwiastka); najniższy poziom to stan podstawowy, wyższe — stany wzbudzone.
- Efekt fotoelektryczny zależy od częstotliwości (nie jasności) — dowód kwantów.
- [R] Pęd fotonu $p = h/\lambda$ (ciśnienie światła, odrzut swobodnego atomu); fale de Broglie'a $\lambda = h/p$ (dyfrakcja elektronów); analiza widma wodoru $\Delta E = hf$ i jego serii (Lyman — UV, Balmer — światło widzialne).
📐 Słowniczek definicji działu 11
| Termin | Definicja (skrótowo) |
|---|---|
| Promieniowanie termiczne | emisja fal EM przez ciało o $T>0$; cieplej → krótsze fale |
| Foton | kwant światła; $E = hf$ |
| Dualizm korpuskularno-falowy | światło ma naturę falową i korpuskularną |
| Linia widmowa | przejście elektronu między poziomami; $E_{fotonu}=\Delta E$ |
| Stan podstawowy / wzbudzony | najniższy poziom energetyczny atomu / każdy poziom wyższy |
| Efekt fotoelektryczny | wybicie elektronu powyżej częstotliwości granicznej |
| [R] Pęd fotonu | $p = h/\lambda = E/c$ |
| [R] Fala de Broglie'a | $\lambda = h/p$ (falowa natura cząstek) |
🎒 Sprawdzian działowy
Z1. Po czym z barwy gwiazdy poznajemy jej temperaturę?
Pokaż rozwiązanie
Im wyższa temperatura, tym krótsze fale dominują w promieniowaniu: czerwona = chłodniejsza, niebiesko-biała = najgorętsza. Barwa to „termometr na odległość".
Z2. Wyjaśnij, czemu efekt fotoelektryczny zależy od barwy (częstotliwości) światła, a nie od jego jasności.
Pokaż rozwiązanie
Elektron zostaje wybity przez pojedynczy foton o energii $E = hf$ — zależnej od częstotliwości. Poniżej częstotliwości granicznej żaden foton nie ma dość energii, choćby było ich bardzo wiele (duża jasność). To dowód na fotony.
Z3. Dlaczego gaz daje widmo liniowe, a nie ciągłe?
Pokaż rozwiązanie
Bo elektrony w atomach mają skwantowane poziomy energetyczne; emitują fotony tylko o energiach równych różnicom poziomów — stąd kilka ściśle określonych linii (barw), a nie ciągła tęcza.
Z4. Oblicz energię fotonu o częstotliwości $1\cdot10^{15}\ \text{Hz}$.
Pokaż rozwiązanie
$E = hf = 6{,}63\cdot10^{-34}\cdot10^{15} = 6{,}63\cdot10^{-19}\ \text{J}$.
Z5. [R] Dlaczego falowej natury piłki nie obserwujemy, a elektronu — tak?
Pokaż rozwiązanie
$\lambda = h/p$, a $h$ jest maleńkie. Piłka ma ogromny pęd → długość fali ~$10^{-34}\ \text{m}$ (nieobserwowalna). Elektron ma znikomy pęd → długość fali porównywalna z rozmiarami atomów, więc falowość (dyfrakcja) jest widoczna.
🔍 Sprawdź, czy umiesz (cele działu)
- [ ] Opisać promieniowanie termiczne i jego zależność od temperatury.
- [ ] Posługiwać się fotonem i dualizmem korpuskularno-falowym; obliczać energię fotonu ($E = hf$).
- [ ] Wyjaśnić pochodzenie widm i efekt fotoelektryczny; rozróżnić stan podstawowy i stany wzbudzone.
- [ ] [R] Posługiwać się pędem fotonu i falą de Broglie'a; analizować widmo wodoru.