Zjawisko Comptona, rozpraszanie komptonowskie – zjawisko rozpraszania promieniowania X (rentgenowskiego) i promieniowania gamma, czyli promieniowania elektromagnetycznegoo dużej częstotliwości, na swobodnych lub słabo związanych elektronach, w wyniku którego następuje zwiększenie długości fali promieniowania. Za słabo związany uważamy przy tym elektron, którego energia wiązania w atomie,cząsteczce lub sieci krystalicznej jest znacznie niższa, niż energia padającego fotonu. Zjawisko przebiega w tym przypadku praktycznie tak samo, jak dla elektronu swobodnego. Zwiększenie długości fali rozproszonego fotonu, zwane przesunięciem Comptona, zależy od kąta rozproszenia fotonu zgodnie ze wzorem: dλ –

zmiana długości fali fotonu, (przesunięcie Comptona), θ

kąt rozproszenia fotonu, λc– stała, tzw. komptonowska długość fali elektronu, λ '– długość fali rozproszonej, λ – długość fali padającej. Zatem zmiana długości fali nie zależy od jej początkowej długości. Oznacza to, że względna zmiana zależy od długości fali padającego promieniowania. Wzór na przesunięcie długości fali można

przekształcić w wyrażenie na energię fotonu po rozproszeniu: E jest energią fotonu padającego (przed rozproszeniem).

Efekt fotoelektryczny (zjawisko fotoelektryczne, fotoefekt) polega na-emisji elektronów z powierzchni przedmiotu (zjawisko fotoelektryczne zwane również zjawiskiem fotoelektrycznym zewnętrznym Objaśnienie zjawiska- wyjaśnienie zjawiska i jego opis matematyczny oparte jest na założeniu, że energia wiązki światła pochłaniana jest w postaci porcji (kwantów) równych hν, gdzie h jest stałą Plancka a ν oznacza częstotliwość fali. Kwant promieniowania pochłaniany jest przy tym w całości. Usunięcie elektronu z powierzchni metalu(substancji) wymaga pewnej pracy zwanej pracą wyjścia, która jest wielkością charakteryzującą daną substancję (stałą materiałową).Pozostała energia unoszona jest przez emitowany elektron. Emitowane w zjawisku elektrony nazywa się czasem fotoelektronami. Energia kinetyczna fotoelektronów nie zależy od natężenia światła a jedynie od jego częstotliwości.
Odkrycie i wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego przyczyniło się do rozwoju korpuskularno-falowej teorii materii, w której obiektom mikroświata przypisywane są jednocześnie własności falowe i materialne (korpuskularne)

„Paradoks bliźniąt”

Na Ziemi (lub w dowolnym punkcie wszechświata, przy założeniu, że z miejscem tym jest związany układ inercjalny) rodzą się bliźnięta, jeden z nich pozostaje na Ziemi, a drugi, wysyłany szybkim statkiem kosmicznym w przestrzeń kosmiczną (im statek będzie szybszy, tym spodziewany efekt będzie większy), po pewnym czasie zawraca, ląduje na Ziemi i spotyka się ze swoim bratem bliźniakiem. Zgodnie ze szczególną teorią względności czas w poruszającym się układzie odniesienia płynie wolniej (dylatacja czasu) Paradoks ten wynika z niezrozumienia szczególnej teorii względności. Nie mówi ona bowiem, że wszyscy obserwatorzy są równoważni, a jedynie, że równoważni są obserwatorzy znajdujący się w układach inercjalnych, tzn. takich, które poruszają się względem siebie bez przyspieszenia. W tym przypadku brat-kosmonauta musi jednak zmienić swoją prędkość (czyli mieć pewne przyspieszenie) kiedy zawraca rakietę. Nie znajduje się on więc w tym samym układzie inercjalnym, co na początku. Rację ma więc jego brat, który pozostał na Ziemi.

rozwiązanie paradoksu bliźniąt istnieje tylko w oparciu o ogólną teorię względności. Bo okazuje się, że istnieje istotna różnica brat, który pozostaje na Ziemi nie podlega działaniu silnych przyspieszeń, a brat kosmonauta musi się najpierw rozpędzić, potem lecieć długo ruchem jednostajnym, a potem znowu zahamować (u celu podróży). Podczas powrotu sytuacja się powtarza. Ponieważ przyspieszenia rakiety powodują, że układ z nią związany staje się układem nieinercjalnym, to szczególna teoria względności się do tego przypadku nie stosuje. Po odwołaniu się do ogólnej teorii względności, która zajmuje się sytuacjami zachodzącymi także w układach nieinercjalnych - paradoks znika. 

Równania Maxwella opisują własności pola elektrycznego i magnetycznego oraz zależności między tymi polami. Z równań Maxwella można wyprowadzić równanie falowe fali elektromagnetycznej propagującej się (rozchodzącej się) w próżni z prędkością światła .prawo Gaussa dla elektryczności- Źródłem pola elektrycznego są ładunki prawo Faradaya zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczneprawo Gaussa dla magnetyzmu Pole magnetyczne jest bezźródłowe, linie sił pola magnetycznego są zamknięte prawo Ampere'a rozszerzone
przez Maxwella Przepływający prąd oraz zmienne pole elektryczne wytwarzają wirowe pole magnetyczne

Zależności opisujące prawo Dopplera mają trzy różne postaci. Ruch obserwatora lub źródła generującego falę powoduje zmianę częstotliwości fali wtórnej widocznej dla odbiornika, co określa się jako efekt Dopplera. Da się wyodrębnić trzy różne sytuacje, w których to zjawisko ma miejsce:

-ruch źródła względem stałego obserwatora, przy czym prędkość ruchu jest znacznie mniejsza niż prędkość rozchodzenia się fali, a prędkość źródła względem obserwatora znacznie mniejsza odprędkości światła,

-ruch obserwatora względem stałego źródła, przy czym prędkość obserwatora jest porównywalna z prędkością fali, a prędkość źródła względem obserwatora znacznie mniejsza od prędkości światła,

-prędkość ruchu obserwatora względem źródła zbliżona do prędkości światła, czyli przypadek relatywistyczny.-

Zgodnie ze szczególną teorią względności prędkość rozchodzenia się fali świetlnej względem obserwatora będzie zawsze równa c. Jeżeli źródło i obserwator będą się od siebie oddalać, to mierzona częstotliwość fali świetlnej jest mniejsza od częstotliwości fali wysyłanej i będzie opisana zależnością:

Całkowite wewnętrzne odbicie to zjawisko fizyczne zachodzące dla fal (najbardziej znane dla światła) występujące na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. Polega ono na tym, że światło padające na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka, lecz ulega całkowitemu odbiciu. Zjawisko to jest wykorzystywane w pryzmatach oraz swiatlowodach, jest także przyczyna powstania refleksow w oszlifowanym diamencie. W związku z brakiem jakichkolwiek ubytków energii przy całkowitym wewnętrznym odbiciu zjawisko to posiada ogromne wykorzystanie praktyczne.Prawo Snella mówi, że promienie padający i załamany oraz prostopadła padania (normalna) leżą w jednej płaszczyźnie, a kąty spełniają zależność:

W jakiej sytuacji promien świetlny odbity od powierzchni dielektryka jest całkowicie spolaryzowany

Prawo Brewstera mówi ze promień świetlny odbity od powierzchni dielektryka (np. szkła) jest całkowicie spolaryzowany liniowo, gdy promień odbity i załamany tworzą kat , wówczas kat padania α (zwany katem Brewstera) spełnia równanie gdzie n jest współczynnikiem złamania światła w dielektryku. Kierunek drgań wektora świetlnego w promieniu odbitym całkowicie spolaryzowanym jest równoległy do płaszczyzny odbijającej dielektryka.

Siatka dyfrakcyjna – przyrząd do przeprowadzania analizy widmowej światła. Tworzy ją układ równych, równoległych i jednakowo rozmieszczonych szczelin. Stała siatki dyfrakcyjnej to parametr charakteryzujący siatkę dyfrakcyjną. Wyraża on rozstaw szczelin siatki (odległość między środkami kolejnych szczelin)Działanie siatki dyfrakcyjnej polega na wykorzystaniu.zjawiska dyfrakcji i interferencji światła do uzyskania jego widma. W tym celu pomiędzy źródłem światła a ekranem umieszcza się siatkę dyfrakcyjną. Na ekranie uzyskuje się w ten sposób widmo światła. Typowa siatka dyfrakcyjna ma 12000 szczelin na cal. Jako pierwszy w swoich doświadczeniach prymitywną siatkę dyfrakcyjną zastosował angielski fizyk Thomas Young.

Według hipotezy de Broglie'a dualizmu korpuskularno-falowego każdy obiekt materialny może być opisywany na dwa sposoby: jako zbiór cząstek, albo jako fala (materii)  de Broglie wysunął hipotezę, że dwoiste, to jest korpuskularno – falowe zachowanie się jest cechą nie tylko promieniowania, lecz również materii. Tak samo jak z fotonem jest stowarzyszona pewna fala świetlna, która rządzi jego ruchem, tak i cząsteczce materialnej przypisana jest pewna, określająca jej ruch fala materii. De Broglie zaproponował, żeby falowe aspekty materii powiązać ilościowo z ich cechami korpuskularnymi w dokładnie taki sam sposób, jak w przypadku promieniowania. Dla materii jak i promieniowania całkowita energiaE dowolnego obiektu fizycznego jest związana z częstotliwością  fali stowarzyszonej opisującej jego ruch następującą relacją: a pęd p tego obiektu związany jest z długością przypisanej mu fali następującą równością:   Wzór Broigla Określa on długość fali de Broglie'a, czyli długość fali materii stowarzyszonej z ruchem cząstki materialnej o pędzie p.

Doświadczenia potwierdzające słuszność teorii de Broglie’a przeprowadzili Davisson i Germer doświadczenie, w którym wykryto dyfrakcję powolnych elektronów, potwierdzając tym samym jeden z podstawowych postulatów mechaniki kwantowej dotyczący dualizmu korpuskularno-falowego ( de Broglie’a fale). Wiązka elektronów o określonej energii padała na jedną z płaszczyzn metalicznego niklu - mierzono elektrony odbite od metalu w zależności od kąta odbicia. W natężeniu odbitych elektronów zaobserwowano maksima i minima charakterystyczne dla obrazów dyfrakcyjnych. Obecność maksimum w rozkładzie natężenia elektronów stanowi jakościowy dowód słuszności postulatu de Broglie’a. Istnienie tego maksimum można wyjaśnić jedynie jako wynik interferencji fal rozproszonych na periodycznie rozmieszczonych atomach, tworzących płaszczyzny krystaliczne monokryształu. Wszystkie wyniki doświadczalne zgadzały się doskonale, ilościowo i jakościowo, z postulatem de Broglie'a i stanowiły przekonywający dowód na to, że cząstki materialne poruszają się zgodnie z prawami ruchu falowego.

Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne oraz efekt Comptona są dowodem na korpuskularną naturę światła Gdy dochodzi do zderzenia fotonu z elektronem w powierzchni metalu to dochodzi do absorpcji fotonu przez ten elektron. I teraz jeśli do wybicia elektronu z powierzchni metalu potrzebna jest energia W to można zapisać powyższa zależność jako: Energia W nazywana jest praca wyjścia i jej wartość jest charakterystyczna dla danego metalu. Widać więc , że część energii fotonu zostaje zużyta na wyrwanie elektronu z metalu. Natomiast pozostała część energii zostaje przekazana elektronowi jako jego energia kinetyczna. Jest ona równa różnicy między energia padającego fotonu i pracą wyjścia. Część uzyskanej energii kinetycznej jest tracona przez elektron jeszcze zanim opuści on powierzchnię materiału na skutek zderzeń wewnętrznych.Tak wiec aby zaszło zjawisko fotoelektryczne energia padającego fotonu musi być równa co najmniej energii wiązania elektronu na danej powłoce. Takie energie wiązania elektronów na poszczególnych powłokach w atomie noszą nazwę krawędzi absorpcji.

Dowodem na falową naturę promieniowania są takie zjawiska jak dyfrakcja i interferencja.

Dyfrakcja jest zjawiskiem polegającym na uginaniu się fali , przechodzącej w pobliżu szczeliny, niewielkiej w porównaniu z długością tej fali. Zjawiska dyfrakcji występują dla każdego typu ruchu falowego, począwszy od optyki a skończywszy na rozpraszaniu cząstek elementarnych.

Zgodnie z zasadą Huygensa, każdy punkt przestrzeni, do którego dociera fala płaska staje się źródłem elementarnej fali kulistej. Fale te za przeszkodą interferują ze sobą i powstaje nowe czoło fali.

Wiadomo, że dwie lub więcej fal może przechodzić przez ten sam obszar niezależnie od siebie. Oznacza to, że w danej chwili wypadkowe przemieszczenie danej cząstki ośrodka jest sumą przemieszczeń wywoływanych przez poszczególne fale. Ten proces wektorowego dodawania przemieszczeń nazywa się superpozycją fal. Interferencję dobrze opisuje doświadczenie Younga przyniosło dowód na falową naturę światła. Polegało ono na oświetleniu światłem słonecznym ekranu , w którym wykonany został wcześniej mały otwór.I tak światło przechodząc przez ten otwór zachowywało się zgodnie z zasadami dyfrakcji. Otwór działa jak źródło fal kulistych. Następnie fala taka padała na kolejny ekran , w którym znajdowały się dwa otwory. W pewnej odległości od nich znajdował się kolejny ekran. Fale wychodzące ze szczelin interferowały ze sobą .Na ekranie za szczelinami powstał charakterystyczny obraz interferencyjny czyli układ jasnych i ciemnych prążków. Warunkiem uzyskania dobrze określonych prążków interferencyjnych jest spójność fal świetlnych - muszą mieć określoną, stałą w czasie różnicę faz.

Czas połowicznego rozpadu (zaniku) to czas, w ciągu którego liczba nietrwałych jąder atomowych (promieniotwórczych) pierwiastka, a zatem i aktywność promieniotwórcza, zmniejsza się o połowę. Jest to wielkość wynikająca z prawa rozpadu naturalnego. Prawo to głosi, że jeśli prawdopodobieństwo rozpadu cząstek tworzących substancję jest dla każdej z nich jednakowe i niezależne oraz nie zmienia się w czasie trwania procesu rozpadu, to ubytek masy substancji w niewielkim odcinku czasu można wyrazić wzorem:Czas połowicznego zaniku charakteryzuje dany izotop promieniotwórczy niezależnie od czynników zewnętrznych (np. temperatura, ciśnienie, postać chemiczna, stan skupienia itp.)Wszystkie rozpady w przyrodzie można opisać za pomocą trzech powiązanych ze sobą parametrów – stała rozpadu promieniotwórczego (określa prawdopodobieństwo zajścia rozpadu jednego jądra w jednostce czasu),T_1/2 – okres połowicznego zaniku,τ – średni czas życia W związku z tym prawdopodobieństwo p(t) = 1/2, odpowiada czasowi

Promieniowanie może jonizować materię dwojako:

-bezpośrednio –pośrednio

Promieniowanie jonizujące bezpośrednio są strumieniem cząstek obdarzonych ładunkiem elektrycznym – jonizują głównie przez oddziaływanie kulombowskie. Może to być m.in.

-promieniowanie alfa (α, jądra helu; ładunek elektryczny +2e)

-promieniowanie beta (β^–, β⁺, elektron i antyelektron, ładunek elektryczny -e, +e, odpowiednio).

Promieniowanie jonizujące pośrednio to promieniowanie składające się z obiektów nieposiadających ładunku elektrycznego. Jonizuje ono materię poprzez oddziaływania inne niż kulombowskie, np.

-rozpraszanie komptonowskie

-efekt fotoelektryczny

-kreację par elektron - pozyton)

Najważniejsze przykłady: promieniowanie neutronowe (n), promieniowanie elektromagnetyczne (promieniowanie rentgenowskie (X), promieniowanie gamma (γ); o energiach wyższych od energii promieniowania ultrafioletowego).

Model budowy atomu Bohra –według tego modelu elektron krąży wokół jądra jako naładowany punkt materialny, przyciągany przez jądro siłami elektrostatycznymi. Przez analogię do ruchu planet wokół Słońca model ten nazwano "modelem planetarnym atomu".Bohr, budując swój model atomu, przyjął dwa postulaty, bez których model ten nie byłby zgodny z doświadczeniem. 

*Orbitalny moment pędu elektronu jest skwantowany i może on przybierać dyskretne wartości, tzn. z nieskończoności ilości orbit, które umożliwia mechanika klasyczna, elektron może przyjąć tylko dokładnie te, dla których jego moment pędu jest równy tej wielokrotności: *Podczas zmiany orbity, której towarzyszy zmiana energii elektronu, atom emituje foton. Energia fotonu równa jest różnicy między energiami elektronu na tych orbitach