پارادوکس فوتو الکتریک

مدیران انجمن: parse, javad123javad

نمایه کاربر
paradoxy

نام: داود حاجي تقي تهراني

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2021

سپاس: 1082

پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط paradoxy »

سلام، حدود 6 یا 7 ماه پیش بود که این پارادوکس رو طراحی کردم ولی به توصیه دوستان، عمومیش نکردم. البته از هر کسی هم پرسیدم جوابی براش نداشت. بهرحال من دنبال جواب این پارادوکسم، کمک کنید!

تصویر

مستطیل زرد، منبع نور هست. مستطیل قرمز آند و مستطیل آبی کاتد هست. از فوتوالکتریک به خاطر داریم که هر فلزی دارای بسامد قطع متناسب با خودش است. و اگر از آن بسامد، بسامد کمتری به آن فلز بخورد، الکترون های فلز آزاد نمی شود.
فرض کنیم در شکل بالا منبع نور نوری را منتشر می کند که بسامد آن به مقدار خیلی کمی بیشتر از بسامد قطع فلز کاتد است. و این یعنی الکترون ها از سطح کاتد کنده میشوند و با مازاد انرژی جنبشی خود، به سمت آند میروند. پس از اینکه الکترون ها از سطح کاتد کنده شده و به آند رفته، پتانسیل آند را افزایش می دهند و بنابرین بین آند و کاتد اختلاف پتانسیل ایجاد می شود. اگر ما با سیمی که روی آن یک لامپ وصل شده است. آند را به کاتد وصل کنیم، الکترون ها از طریق سیم از آند به کاتد بر میگردند و چراغ را به علت جریانی که دارند، روشن می سازند.
ناظر A که با مثلث سبزرنگ در شکل مشخص شده است، نسبت به این دستگاه فوتو الکتریک ساکن است. و چراغ روی سیم را روشن میبیند. چرا که از نظر او بسامد نوری لامپ برای کنده شدن الکترون ها از سطح کاتد و ایجاد جریان در سیم کافیست.
اما مشکل کار ناظر B است که با سرعت ثابت V در حال دویدن بین آند و کاتد است. از اثر دوپلر به خاطر داریم که این ناظر، نور ارسال شده توسط لامپ را به شکل رد شیفت شده (انتقال به سرخ) میبند. پس در نتیجه بسامد نور ارسالی توسط منبع نور فرابنفش را هم کمتر خواهد دید.پس به سرعت این ناظر ادعا می کند که الکترون ها از سطح کاتد کنده نمی شوند، زیرا بسامد نور منبع نوری برای کندن آن ها کافی نیست.طبق نسبیت او درست می گوید. زیرا او در چارچوب لختی قرار دارد. این ناظر می گوید لامپ روی سیم خاموش است.

بدیهیست که هردو درست نمی گویند، و یک لامپ نمی تواند همزمان خاموش یا روشن باشد، چنانچه ناظر A لامپ را روشن میبند، پرتو ها ی گسیل شده از لامپ به چشمان ناظر B میرسد و او نیز لامپ را روشن خواهد دید، و اگر B لامپ را خاموش می بیند، پس نوری از لامپ گسیل نمی شود و A نیز لامپ را خاموش می بند. اما طبق نسبیت به خاطر داریم هر دو درست می گویند. مشکل کجاست؟ حق با کیست؟

نمایه کاربر
thetime

عضویت : یک‌شنبه ۱۳۹۳/۱۲/۲۴ - ۱۶:۲۵


پست: 369

سپاس: 97

جنسیت:

Re: پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط thetime »

سلام
پارادوکس شما شکل دیگری از پارادوکس های معروف است.
به نظر من همه ی مشکل بر میگرده به اینکه ما چطوری نسبیت رو بررسی کنیم، اگر به تاپیکی که چندی پیش ایجاد کردم "بررسی زیر بنای فلسفه ی نسبیت" دقت کنید متوجه حرفم میشید.
همانطور که گفتم دو دیدگاه وجود داره یکسری میگن : "باید قوانین نسبیت برای همه چارچوب ها در یک آن در نظر گرفته بشه." که در این صورت به تناقض های نامتناهی می رسیم.
یکسری دیگه میگن : "قوانین نسبیت برای هر چارچوب صادق هست، اما نه برای همه ی چارچوب ها در یک آن" که این منجر به فرضیه چند جهانی میشه.
به نظر من دیدگاه دوم درسته چون انیشتین هم برای حل پارادوکس دوقلوها از فرضیه چند جهانی استفاده کرد.
در این صورت میشه بگیم که هم A درست میگه و هم B اما هرکدوم در یک جهانی متفاوت، به شکلی که وقتی A لامپ رو روشن میبینه B هم در اون جهان لامپ رو روشن میبیند. و وقتی B لامپ را خاموش میبیند A هم لامپ را خاموش میبیند.
یعنی یا قوانین نسبیت فقط برای A درست است یا فقط برای B.

نمایه کاربر
thetime

عضویت : یک‌شنبه ۱۳۹۳/۱۲/۲۴ - ۱۶:۲۵


پست: 369

سپاس: 97

جنسیت:

Re: پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط thetime »

فکر کنم یه راه حل دیگه هم داشته باشه.
فکر کنم مشکل اینجا باشه که تو پدیده فوتوالکتریک بسامد نور رو به سادگی بدون اینکه بگن از دیدگاه چه کسی اندازه گیری میشه وارد فرمولا می کنن چون به سادگی نسبیت رو در نظر نمی گیرن. اما اگرا ما بخوایم با قوانین نسبیت فرمول بندی فوتو الکتریک رو بازنویسی کنیم، به نظرم باید اینطوری بشه :
انرژی فوتون نور نسبت به کاتد = ثابت پلانک * بسامد نور نسبت به کاتد
انرزی جنبشی فوتون نور نسبت به کاتد = تابع کار فلز کاتد - انرژی فوتون نسبت به کاتد
اختلاف پتانسیل لامپ = بار الکترون / انرژی جنبشی فوتون نور نسبت به کاتد
که در این صورت هم A هم B باید لامپ رو روشن ببینند چون معیار اندازه گیری خودشون نیستند بلکه فلز کاتد هست و در این صورت دوتاشون با در نظر گرفتن قوانین نسبیت برای کاتد به نتایج مشابهی می رسند.
این دیدگاه فکر کنم درستتر باشه، در ضمن این دیدگاه کسایی هست که میگن "باید قوانین نسبیت برای همه چارچوب ها در یک آن در نظر گرفته بشه."
با تشکر

نمایه کاربر
paradoxy

نام: داود حاجي تقي تهراني

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2021

سپاس: 1082

Re: پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط paradoxy »

به نظر من دیدگاه دوم درسته چون انیشتین هم برای حل پارادوکس دوقلوها از فرضیه چند جهانی استفاده کرد.
در این صورت میشه بگیم که هم A درست میگه و هم B اما هرکدوم در یک جهانی متفاوت، به شکلی که وقتی A لامپ رو روشن میبینه B هم در اون جهان لامپ رو روشن میبیند. و وقتی B لامپ را خاموش میبیند A هم لامپ را خاموش میبیند.

خب نمیشه دیگه، نور لامپ که نمیتونه نرسه به جشمای B به آخر پستم دقت کنید. اگه می شد که همه چی حل بود. تو هر جهانی که B هست باشه، نور گسیل شده از لامپ حتمن میرسه به چشمای B اگه نرسه، یعنی قوانین اپتیک نقض شده به طور کامل
راجب پارادوکسای معروف، شبیه کدومه؟

فکر کنم یه راه حل دیگه هم داشته باشه.
فکر کنم مشکل اینجا باشه که تو پدیده فوتوالکتریک بسامد نور رو به سادگی بدون اینکه بگن از دیدگاه چه کسی اندازه گیری میشه وارد فرمولا می کنن چون به سادگی نسبیت رو در نظر نمی گیرن. اما اگرا ما بخوایم با قوانین نسبیت فرمول بندی فوتو الکتریک رو بازنویسی کنیم، به نظرم باید اینطوری بشه :
انرژی فوتون نور نسبت به کاتد = ثابت پلانک * بسامد نور نسبت به کاتد
انرزی جنبشی فوتون نور نسبت به کاتد = تابع کار فلز کاتد - انرژی فوتون نسبت به کاتد
اختلاف پتانسیل لامپ = بار الکترون / انرژی جنبشی فوتون نور نسبت به کاتد
که در این صورت هم A هم B باید لامپ رو روشن ببینند چون معیار اندازه گیری خودشون نیستند بلکه فلز کاتد هست و در این صورت دوتاشون با در نظر گرفتن قوانین نسبیت برای کاتد به نتایج مشابهی می رسند
.
بسیار زیبا، ولی حیف که اصل اول نسبیت رو میزاره زیره پا. چون چارچوب کاتد رو به چارچوب های دیگه ترجیح دادید. یعنی این روش حل هم پارادوکس میندازه تو نسبیت.

نمایه کاربر
assarzadeh

نام: امیر عصارزاده

عضویت : جمعه ۱۳۹۳/۱۰/۱۲ - ۲۱:۱۹


پست: 118

سپاس: 63

جنسیت:

تماس:

پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط assarzadeh »

thetime نوشته شده:معیار اندازه گیری خودشون نیستند بلکه فلز کاتد هست و در این صورت دوتاشون با در نظر گرفتن قوانین نسبیت برای کاتد به نتایج مشابهی می رسند.

به نظر من این جمله درسته، یعنی ملاک جدا شدن الکترون از سطح کاتد بسامد نوریه که الکترونای اون کاتد دریافت میکنن و مهم اینه که از نظر اونا چه بسامدی بهشون رسیده، نه اینکه هر ناظری هر چی گفت ملاک باشه. ضمناً اگه شما کاتد رو در جهتی که ناظر B حرکت میکنه، به حرکت درآرید و همزمان از الکترونای سطح کاتد در مورد بسامد نور دریافتیشون بپرسید، خواهند گفت بسامد نور دریافتی ما در حال کاهشه (امیدوارم مشخص باشه چرا) و با این روند به جایی میرسیم که دیگه الکترونی از سطح کاتد آزاد نشه.
بنابراین تو این مثال فرض جهانهای موازی دور از واقعیت به نظر میاد. و بالاخره اینکه میخوام ببینم کجای این تحلیلی که در بالا شد، به معنی نقض اصل اول نسبیته؟ چارچوب کاتد به این خاطر ترجیح داده میشه که قراره الکترونای سطح اون وقتی نوری با بسامد خاصی رو دریافت کردن، از کاتد جدا بشن. نه اینکه این چارچوب نسبت به چارچوبای دیگه فرقی داشته باشه و قوانین فیزیک درش طور دیگه ای حاکم باشه. لازم به ذکره که ناظر B با توجه به سرعتش و بسامد نوری که منبع نور منتشر میکنه، میتونه حساب کنه که کاتد چه بسامد نوری رو داره دریافت میکنه و وقتی اینو حساب کنه، همون عددی رو به دست میاره که ناظر A یا فلز کاتد به دست آورده.
با تشکر smile072

نمایه کاربر
paradoxy

نام: داود حاجي تقي تهراني

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2021

سپاس: 1082

Re: پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط paradoxy »

یعنی ملاک جدا شدن الکترون از سطح کاتد بسامد نوریه که الکترونای اون کاتد دریافت میکنن و مهم اینه که از نظر اونا چه بسامدی بهشون رسیده، نه اینکه هر ناظری هر چی گفت ملاک باشه.

چطوره یه دور باهم اصل اول نسبیت رو مرور کنیم؟
اصل نسبیتِ خاص: اگر چارچوب مرجع K طوری انتخاب شده باشد که در آن ٬ قوانین فیزیکی به ساده‌ترین شکل خود صادق باشند٬ همان قوانین در هر چارچوب 'K دیگری که نسبت به K به طور یکنواخت در حال حرکت باشد صادق هستند.
یعنی هیچ چارچوب لخت متمایزی وجود ندارد٬ زیرا قوانین فیزیکی در همهٔ آن‌ها به یک شکل اعمال می‌شوند.
ایجاد تمایز و ارجحیت دادن یک چارچوب نسبت به چاچوبای دیگه، اصل اول نسبیت رو میزاره زیره پا. دوست عزیز منم میدونم که اون جمله the time ظاهرا عقلانی تره، اما دست رو این گذاشتم که با پذیرفتن چنین چیزی، ارجحیت و تمایز دارید قائل می شید بین چند چارچوب لخت.یعنی از ریشه و اساس نسبیت خاص داره به مشکلات میخوره. البته 100% جوابی براش هست. و پیدا که شد تو همین جا میزارم.

نمایه کاربر
assarzadeh

نام: امیر عصارزاده

عضویت : جمعه ۱۳۹۳/۱۰/۱۲ - ۲۱:۱۹


پست: 118

سپاس: 63

جنسیت:

تماس:

پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط assarzadeh »

آقای paradoxy
اون اصلی که شما مطرح کردید درسته. چارچوب کاتد که A باشه هیچ ارجحیتی نسبت به چارچوبای لخت دیگه از بابت نحوه حاکم بودن قوانین فیزیک نداره. اما شما به این قضیه خوب دقت نمیکنید. میدونیم که اگه منبع نور و کاتد در چارچوب A ساکن باشن (که هستن)، پس از انجام آزمایش از نظر A الکترون از سطح کاتد جدا میشه. حالا هرگاه همین آزمایشو در چارچوب B انجام بدیم، یعنی منبع نور و کاتد رو در چارچوب سکون B قرار بدیم و ببینیم الکترون از سطح کاتد جدا نمیشه، اونوقت حرف شما درسته. اما واقعیت اینه که اگه همین کارو در چارچوب سکون B انجام بدیم، خواهیم دید بازم الکترون از سطح کاتد جدا میشه و از این بابت فرقی بین A و B نیست. میگید نه؟ امتحان کنید. من با اطمینان کامل این حرفو میزنم.
موقعی میتونید ادعا کنید که یک چارچوب لخت با چارچوب لخت دیگه فرق داره و اصل اول نسبیت رو نقض کنید که یک آزمایش واحد رو در دو چارچوب لخت مختلف انجام بدید و شاهد نتیجه های متفاوتی باشید. در حالی که ما اینجا داریم در چارچوب A یه آزمایشو انجام میدیم و در چارچوب B آزمایش دیگه ای رو smile032. تعجب میکنید؟ یه کم بیشتر به آزمایشتون توجه کنید و خودتونو در اون شرایط بذارین تا متوجه فرق این دو آزمایش بشید. اگه متوجه نشدید راهنماییتون میکنم.
با تشکر smile072
آخرین ويرايش توسط 1 on assarzadeh, ويرايش شده در 0.

نمایه کاربر
You-See

نام: U30

محل اقامت: تهران

عضویت : یک‌شنبه ۱۳۹۳/۵/۱۹ - ۱۹:۰۵


پست: 1002

سپاس: 748

جنسیت:

تماس:

Re: پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط You-See »

سلام.
به نظر من هم چهارچوب مورد استفاده باید کاتد باشه.
به بیان دیگه:
اون فرکانس قطعی که در مورد کاتد در شرایط ناظر ساکن نسبت به کاتد داریم ، در مورد ناظر های دیگه تغییر می کنه.
یعنی این که اندازه گیری اونها در رابطه با فرکانس حداقلی که باعث شارش می شه، در چهارچوب های مختلف ، با هم فرق داره.
همون طور که اندازه گیری اونها در رابطه با خود فرکانس تابش فرق خواهد کرد.
اگر فرکانس تابش داره ردشیفت می شه، چرا فرکانس قطع نشه؟

فرکانس قطع لاجرم وابسته است به خصوصیات مواد، و اون هم برمیگرده به الکترونها، و احتمالا یک تفریق ساده مابین دو فرکانس، یکی فرکانس تابش، یکی فرکانس دیگه ای که الکترونها دارند، (این فقط یک تحلیل ذهنیه، و ممکنه اشتباه باشه) خب اگر اون تابش از این یکی بیشتر بشه کنده می شه. اگر تابش اولیه ردشیفت کنه، حتما تایید می کنید که از نظر ناظر، فرکانس دوم هم ردشیفت می کنه.
دوستای گلم حمایت کنید : https://cafebazaar.ir/app/com.nikanmehr.marmarxword/

تصویر
نرم افزارهای مالی، بازرگانی، پخش و فروش مویرگی، .. "نیکان مهر مهان"
نرم افزار پخش مويرگي

نمایه کاربر
paradoxy

نام: داود حاجي تقي تهراني

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2021

سپاس: 1082

Re: پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط paradoxy »

اگر تابش اولیه ردشیفت کنه، حتما تایید می کنید که از نظر ناظر، فرکانس دوم هم ردشیفت می کنه.

صحیح. هم چین ایده ای در ذهن منم هست که تابع کار هم نسبیتیه اگرچه توی هیچ دکونی (به شوخی) چنین چیزی پیدا نمیشه. اما به فرض هم اینطور باشه، اونوقت تابع کار به جهت حرکت ناظر هم وابسته خواهد بود و نه فقط به قدر مطلق سرعت این ناظر. این قضیه یکم عجیبه ولی اشکال خاصی به نسبیت وارد نمیکنه. بهرحال من دنبال رابطه ای هستم که بتونه چنین تابع کاری رو توصیف کنه و هنوز پیدا نکردم متاسفانه. ممنون از نظرات دوستان. مخصوصا جناب زالی بابت توضیحات خوبشون.

نمایه کاربر
nesbiat

عضویت : جمعه ۱۳۹۵/۴/۴ - ۰۴:۰۲


پست: 47

سپاس: 23

Re: پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط nesbiat »

ناظر در حال حرکت هم لامپ را روشن میبیند زیرا مسئله این نیست که ناظر متحرک چه بسامدی را اندازه میگیره مسئله اینه که منبع نوری نسبت به کاتد دارای سرعت نیست و در هر صورت نور ساطع شده با بسامد مشخصی به کاتد برخورد میکند

نمایه کاربر
paradoxy

نام: داود حاجي تقي تهراني

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2021

سپاس: 1082

Re: پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط paradoxy »

از دید کدوم ناظر آخه! ناظری که داره میدوه بسامد مشخص رو کمتر از حدی میبینه که بخواد الکترون از کاتد کنده شه. تنها راه این مسئله اینه که یه work function نسبیتی دوپلری پیدا شه که بتونه حلش کنه. واقعا هم نمیدونم از کجا گیرش بیارم. البته میتونم چیزی بسازم که این مسئله و یا نظیر این مسئله رو حل کنه، ولی رابطه حدسیه و نه اثبات شده.

نمایه کاربر
nesbiat

عضویت : جمعه ۱۳۹۵/۴/۴ - ۰۴:۰۲


پست: 47

سپاس: 23

Re: پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط nesbiat »

اصلا فوتو الکتریک رو ول کن یه مثال صوتی میزنم که تجربی تر باشه
فرض کن جسمی داریم که با فرکانس خاصی به رزونانس در میاد حال ما صوتی با فرکانس رزونانس جسم تولید میکنیم و جسم به رزونانس در میاد.حالا یه ناظر در حال حرکت را فرض کن.طبق اثر دوپلر ناظر متحرک فرکانس پایین تری را اندازه میگیرد اما نمیشه گفت که چون ناظر متحرک فرکانس پایین تری اندازه میگیرد جسم از دید ناظر متحرک به رزونانس نمیرسد چون به رزونانس در آمدن جسم ربطی به اندازه گیری ناظر متحرک ندارد.این چیزی که شما هم گفتید دقیقا مثل همین مورده.

jhvh

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۰/۱۰/۲۶ - ۱۷:۰۲


پست: 1644

سپاس: 288

جنسیت:

Re: پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط jhvh »

آره دیگه همیشه کوچکترین عدد ها باز می تونن نصف شن

نمایه کاربر
paradoxy

نام: داود حاجي تقي تهراني

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۳/۱۰/۲۲ - ۲۲:۱۷


پست: 2021

سپاس: 1082

Re: پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط paradoxy »

با تشکر مجدد از دوستان، جناب جوانشیری پارادوکس رو به شکل دقیقی حل کرد و من ازشون ممنونم. در بخش آبی رنگ پست، پارادوکس به شکل بسیار ساده و مختصر حل شده، اما توضیحات علمی سیاه هست.

گیریم جهت نور ارسالی (راست) در شکل جهت مثبت و خلاف جهت حرکت نور (چپ) نشان دهنده محور منفی باشد.
فرض می کنیم حداقل تکانه لازم فوتون های نور، برای جدا سازی الکترون از اتم P باشد. می دانیم این تکانه متناسب با بسامد نور است.
برای درک بهتر فرض کنیم الکترون مانند یک کامیون است و فوتون ها مانند یک موتور هستند. در اثر تصادم این دو، تمام تکانه فوتون به الکترون داده می شود.
تکانه نهایی الکترون برابر است با جمع گالیله ای تکانه اولیه الکترون + تکانه فوتون برخوردی. اگر قدر مطلق تکانه نهایی الکترون به اندازه کافی بزرگ باشد، الکترون مذکور از سطح فلز جدا می شود.
تکانه دارای جهت است. به عنوان مثال در این سوال تکانه الکترون طبق فرض منفی است، چرا که جهت حرکت آن از دید ناظر دونده، به سمت محور منفی است. تکانه فوتون مثبت است، زیرا در جهت محور مثبت فوتون ها حرکت می کنند. به یاد داریم که تکانه الکترون در حقیقت ناشی از سرعت ناظر دونده است و متناسب با سرعت دونده است. یعنی هرچقدر دونده سریعتر بدود تکانه الکترون را بیشتر میبیند، زیرا علاوه بر افزایش جرم نسبی که برای الکترون های فلز میبیند، سرعت آن را نیز بیشتر می بیند. از طرفی کاهش بسامد نور، تکانه P را که برای فوتون های نور فرض کرده بودیم به 'p کاهش می دهد. (از دید ناظر دونده) فرض کرده بودیم که باید تکانه ها را جمع بزنیم. اگر تکانه الکترون از دید ناظر دونده Z باشد، تکانه نهایی الکترون از دید ناظر دونده برابر خواهد بود با |p'-(-z)| (رابطه کلی جمع گالیله ای را به یاد بیاورید) از آنجایی که افزایش سرعت ناظر به کاهش بیشتر بسامد نور فرودی و یعنی کاهش بیشتر P (به خاطر انتقال به سرخ بیشتر) می انجامه و همزمان به بیشتر شدن تکانه الکترون، باز هم حاصل این قدر مطلق |p'-(-z)| مقدار ثابتی میمونه. این مقدار حداقل P هست.

گیریم ناظر ساکن باشه آنگاه تکانه نهایی الکترون |p-0| خواهد بود.

فرض کنیم ناظر جهت حرکت خود را تغییر داده و از کاتد دور شده به منبع نوری نزدیک شود. در این صورت نور فرودی دچار بلو شیفت می شود یعنی تکانه نور فرودی به تبع زیاد می شود و مقدار ''p را پیدا می کند، اما ناظر تکانه الکترون را این بار مثبت می بیند و این یعنی |p''-z| همونطور که میبینیم هرچقدر ناظر سریعتر بدود و این یعنی بسامد نور فرودی را بیشتر ببیند، تکانه الکترون هم بیشتر خواهد دید و حاصل این قدر مطلق مقدار ثابتی خواهند ماند.

همونطور که مشخصه در همه ی حالات جمع تکانه ای طبق همون فرضی که ابتدا اینشتین برای توجیه اثر فوتو الکتریک کرده بود مقادیر ثابتی رو میده و این یعنی تکانه نهایی الکترون نه به جهت، و نه به سرعت ناظر بستگی داره. اگه نفهمیدید، کافیه فرض کنید در حالتی که ناظر ساکنه، یک موتور (فوتون) با سرعت زیاد به کامیون (الکترون) ساکنی میخوره و اون رو مقداری تکون میده. در حالتی که ناظر داره به سمت کاتد میدوه، یعنی هم جهت با حرکت موتور (فوتون ها) سرعت موتور رو کمتر میبینه (انتقال به سرخ نور) ولی ازونور سرعتی رو برای کامیون میبینه. با این حال پس از برخورد موتور و کامیون، موتور به عقب پرتاب نمیشه چون طبق فرض تمام تکانش رو به کامیون میده، و کامیون تکانه ای دو چندان پیدا میکنه! یعنی مثل همون مقداری که کامیون ساکن بود و موتوری با سرعت بهش میخورد. اگه ناظر بر خلاف جهت موتور حرکت کنه، سرعت موتور رو بیشتر میبینه (بسامد نور رو با بلو شیفت میبینه) و ازونور میبینه کامیون هم داره از موتور دور میشه و به عبارتی فرار میکنه! پس یعنی برخوردشون محکم تر از زمانی که کامیون ساکن بود و موتور با سرعت کمتری بهش میخورد نیست و در همون اندازست.

افق رویداد

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۸/۵/۱۴ - ۰۰:۳۸


پست: 65

سپاس: 6

Re: پارادوکس فوتو الکتریک

پست توسط افق رویداد »

paradoxy نوشته شده:سلام، حدود 6 یا 7 ماه پیش بود که این پارادوکس رو طراحی کردم ولی به توصیه دوستان، عمومیش نکردم. البته از هر کسی هم پرسیدم جوابی براش نداشت. بهرحال من دنبال جواب این پارادوکسم، کمک کنید!

[ تصویر ]

مستطیل زرد، منبع نور هست. مستطیل قرمز آند و مستطیل آبی کاتد هست. از فوتوالکتریک به خاطر داریم که هر فلزی دارای بسامد قطع متناسب با خودش است. و اگر از آن بسامد، بسامد کمتری به آن فلز بخورد، الکترون های فلز آزاد نمی شود.
فرض کنیم در شکل بالا منبع نور نوری را منتشر می کند که بسامد آن به مقدار خیلی کمی بیشتر از بسامد قطع فلز کاتد است. و این یعنی الکترون ها از سطح کاتد کنده میشوند و با مازاد انرژی جنبشی خود، به سمت آند میروند. پس از اینکه الکترون ها از سطح کاتد کنده شده و به آند رفته، پتانسیل آند را افزایش می دهند و بنابرین بین آند و کاتد اختلاف پتانسیل ایجاد می شود. اگر ما با سیمی که روی آن یک لامپ وصل شده است. آند را به کاتد وصل کنیم، الکترون ها از طریق سیم از آند به کاتد بر میگردند و چراغ را به علت جریانی که دارند، روشن می سازند.
ناظر A که با مثلث سبزرنگ در شکل مشخص شده است، نسبت به این دستگاه فوتو الکتریک ساکن است. و چراغ روی سیم را روشن میبیند. چرا که از نظر او بسامد نوری لامپ برای کنده شدن الکترون ها از سطح کاتد و ایجاد جریان در سیم کافیست.
اما مشکل کار ناظر B است که با سرعت ثابت V در حال دویدن بین آند و کاتد است. از اثر دوپلر به خاطر داریم که این ناظر، نور ارسال شده توسط لامپ را به شکل رد شیفت شده (انتقال به سرخ) میبند. پس در نتیجه بسامد نور ارسالی توسط منبع نور فرابنفش را هم کمتر خواهد دید.پس به سرعت این ناظر ادعا می کند که الکترون ها از سطح کاتد کنده نمی شوند، زیرا بسامد نور منبع نوری برای کندن آن ها کافی نیست.طبق نسبیت او درست می گوید. زیرا او در چارچوب لختی قرار دارد. این ناظر می گوید لامپ روی سیم خاموش است.

بدیهیست که هردو درست نمی گویند، و یک لامپ نمی تواند همزمان خاموش یا روشن باشد، چنانچه ناظر A لامپ را روشن میبند، پرتو ها ی گسیل شده از لامپ به چشمان ناظر B میرسد و او نیز لامپ را روشن خواهد دید، و اگر B لامپ را خاموش می بیند، پس نوری از لامپ گسیل نمی شود و A نیز لامپ را خاموش می بند. اما طبق نسبیت به خاطر داریم هر دو درست می گویند. مشکل کجاست؟ حق با کیست؟



میشه در مورد این جمله تون یکم توضیح بدید:
" هر فلزی دارای بسامد قطع متناسب با خودش است. و اگر از آن بسامد، بسامد کمتری به آن فلز بخورد، الکترون های فلز آزاد نمی شود."

منظورتون اینه که الکترون های هر فلزی برای آزاد شدن از لایه شان نیاز به انرژی های متفاوتی دارند؟ یعنی مثلا انرژی فوتون (یا همون نور معمولی) که قادره الکترون های سیلیسیوم پنل های خورشیدی رو جدا کنه قادر به جدا کردن الکترون های مثلا آهن نیست؟! درست متوجه شدم؟!

ارسال پست