Urychlení Náboje, Emise Fotonů a Základní Principy

21.03.2026

Tento článek se zabývá problematikou urychlení náboje vodičem, emisí fotonů a principy, které tyto jevy doprovázejí. Pro pochopení těchto jevů je nutné se seznámit s několika základními koncepty z fyziky.

Základní Pojmy a Interakce

V mechanice se zabýváme objekty - částicemi, jejich rychlostí, hybností a kinetickou energií. Důležité jsou také interakce mezi částicemi látky. Tyto interakce jsou popsány Faradayovou-Maxwellovou elektrodynamikou.

Existují různé typy interakcí:

Silná interakce: Udržuje pohromadě atomová jádra.
Elektromagnetická interakce: Popsána v "Elektromagnetické pole a záření".
Slabá interakce.
Gravitační interakce: Projevuje se u těles velké hmotnosti.

Poměr sil jednotlivých interakcí je přibližně 1 : 10^-(2-3) : 10^-15 : 10^-40.

Elektromagnetické Pole a Záření

Elektromagnetické pole je fyzikální pole, které lze nalézt i ve vakuu. Ve speciálních projevech se projevuje jako pole elektrické a magnetické. O teorii elektromagnetického pole lze nalézt např. v knize "Gravitace, černé díry a fyzika prostoročasu".

Čtěte také: Základy rentgenového zobrazení

Elektromagnetické vlnění se šíří konečnou rychlostí rovnou rychlosti světla. Příkladem je harmonická (sinusová resp. kosinusová) vlna šířící se ve směru osy x.

Elektromagnetické záření vzniká kmitavými pohyby elektrických nábojů. Může docházet k přenosu energie Poyntingovým vektorem.

Vztahy mezi vlnovou délkou l, frekvencí n a rychlostí c elektromagnetického vlnění:

l = c/n, n = c/l, l.n = c.

Při interakci s atomy látky dochází ke zbrzdění nabitých částic (§1.6, část "Interakce nabitých částic"). Rychlé nabité částice interagují s látkovým prostředím (§1.6, pasáž "Čerenkovovo záření").

Čtěte také: Princip Laseru

Elektromagnetické vlny se využívají v radiotechnice. Vznikají např. jako ve vysílací anténě a indukují signál v anténě přijímače. Ten se pak transformuje na zvukový nebo obrazový signál.

Spektrum Elektromagnetického Záření

Elektromagnetické vlnění zahrnuje různé frekvence a vlnové délky. Například:

Dlouhé vlny: Cca 150-500kHz, používány např. pro navigaci.
Světlo: Umožňuje nám vidění.
UV záření.
X-záření: Nejčastěji v rozmezí cca 1-200 keV.
Záření gama: Řádově MeV a vyšší.

Relativita

Na přelomu 19. a 20. století byla formulována speciální teorie relativity (A.Einstein). Ta vytvořila novou mechaniku. Vztah mezi časem v klidové soustavě (Dt) a časem v pohybující se soustavě (Dt') je: Dt = Dt .Ö(1-v²/c²).

Ekvivalence hmoty a energie: E = m . c² ; resp. DE = Dm . c².

Kvantová Teorie a Fotoefekt

Na přelomu 19. a 20. století M.Planck prozkoumal záření absolutně černého tělesa *). Zjistil, že energie se vyzařuje v kvantech.

Čtěte také: Důsledky exponenciálního zrychlení emisí

Fotoefekt je jev, kdy záření uvolňuje elektrony z látky. Rozlišujeme vnější a vnitřní fotoefekt. Využívá se ve fotonásobičích a fotoodborech.

Základní zákony fotoefektu:

1. Fotoefekt nenastává, pokud frekvence záření je nižší než prahová frekvence, a to ani při sebevětší intenzitě záření.
2. Kinetická energie uvolněných elektronů je nezávislá na intenzitě záření.
3. Počet uvolněných elektronů je úměrný intenzitě záření.
4. Kinetická energie uvolněných elektronů má závislost (dokonce přímou úměrnost) na frekvenci.

Energie fotonu: E = h.n, kde h je Planckova konstanta (h = 6,6251.10^-34 J.s).

Comptonův rozptyl je rozptyl záření na elektronech. Je analyzován v §1.6, část "Interakce záření gama a X", pasáž "Comptonův rozptyl".

Korpuskulárně-vlnový dualismus: Elektromagnetické vlnění se projevuje jak jako vlna, tak jako proud fotonů.

Dualismus Vln a Částic

Louis de Broglie formuloval hypotézu, že každá částice má vlnové vlastnosti. Vlnová délka je dána vztahem l = h/p, kde p=me.v je hybnost elektronu.

Experimenty C.J.Davissona, L.H.Germera a J.J.Thomsona v r.1927 potvrdily vlnové vlastnosti elektronů. Byly pozorovány maxima rozptýlených elektronů na krystalu niklu.

V kvantové mechanice je stav částice popsán vlnovou funkcí y. Pravděpodobnost výskytu částice v daném místě je úměrná kvadrátu absolutní hodnoty vlnové funkce.

Neurčitost a Interpretace Kvantové Mechaniky

Kvantová mechanika zavádí neurčitosti v měření veličin. Tyto neurčitosti jsou popsány relacemi neurčitosti.

Existuje několik interpretací kvantové mechaniky, např. Kodaňská interpretace (Nielse Bohra).

Bellovy nerovnosti testují lokálně realistický pohled na svět. Experimenty ukazují, že Bellovy nerovnosti jsou porušovány.

Statistická Fyzika a Entropie

Statistická fyzika se zabývá systémy složenými z velkého počtu částic. Stav systému je popsán makrostavem, který zahrnuje veličiny jako teplota, tlak a objem.

Entropie je míra neuspořádanosti systému. Druhý termodynamický zákon říká, že entropie uzavřeného systému nemůže klesat.

Maxwellův démon je myšlenkový experiment, který zpochybňuje druhý termodynamický zákon. Ukazuje, že inteligentní zásah by mohl snížit entropii systému, ale takový zásah "není zadarmo".

Živé organismy vytvářejí ve svém okolí negativní entropii, ale zároveň zvyšují entropii v okolí.