Фотоефект і його закони

План

Квантова оптика

Контрольні питання

1. Сформулюйте принцип відносності Ейнштейна.

2. Які висновки щодо розмірів тіл, їх маси та проміжків часу можна зробити, виходячи з теорії Ейнштейна?

3. Як правильно тлумачити закон Ейнштейна про зв’язок маси та енергії?

4. Чи суперечить теорія Ейнштейна механіці Ньютона?

Література

1.Гончаренко С.У. Фізика. Підручник для 11-х кл.середньої загальноосвітньої школи.

К.: Освіта, 2002..§§ 82-85..

2.Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Фізика для середніх спеціальних навчальних закладів. Підручник.

М., Наука, 1984.§§ 36

1. Фотоефект та його закони.

2. Рівняння Ейнштейна для фотоефекту.

3. Закони Столєтова для фотоефекта.

4. Імпульс фотонів. Тиск світла.

5. Корпускулярно-хвильовий дуалізм

.

Цей розділ оптики вивчає процеси і явища, зумовлені наявністю у світла квантових властивостей.

Зовнішній фотоелектричний ефект — це випускання електронів речовинами під дією світла (тобто фотоелектронна емісія). Відкрив його Генріх Герц, виявивши, що для іскрового розряду між яскраво освітленими цинковими кульками потрібна менша різниця по­тенціалів, ніж між неосвітленими.

Дослідники природи цього ефекту (Ф. Ленард, 0. Г. Столєтов, В. Гальвакс) виявили закономірності, що суперечили уявленням хвильової те­орії світла. У рамках цієї теорії виліт електрона з металу намагались пояснити вимушеними коливаннями електрона у змінному електрично­му полі світлової хвилі. Тоді:

1) збільшення інтенсивності світла при незмінній Я повинно було збільшу­вати швидкість вилітаючих електронів ("фотоелектронів"), а в дослідах їх швидкість не залежала від інтенсивності освітлення;

2) внаслідок інертності електрона, збільшення частоти коливань V у світловій хвилі повинно було зменшувати швидкість фотоелектронів, а в дослідах вона збільшувалась

Ці суперечності було подолано застосуванням до світла нових (кванто­вих) уявлень, розвинених Ейнштейном на підставі гіпотези Планка про випускання світла речовиною у вигляді окремих порцій — квантів.

Ейнштейн сміливо припустив (всупереч Планку), що світло не тільки випускається, але і поширюється, і поглинається речовиною не суціль­ним потоком, а як сукупність квантів світла (які тепер називають фотонами).

(Умовна аналогія фотонів — з зернистою ікрою риби.)

Рівняння, що є виразом закону збереження енергії у випадку фотоефек­ту (рівняння Ейнштейна):

,

де — передбачений Планком вираз енергії фотона, у ньому h = 6,63 *10^-34 Дж*с — стала Планка; — робота виходу електрона з металу, здійснювана при подоланні утримуючих електричних сил; m — маса електрона, v_макс — максимальна швидкість фотоелектрона (у припущенні, що електрон знаходився біля самої поверхні металу і відразу після поглинання фотона вилетів, без взаємодії з оточенням).

При розгляді структури світлової хвилі як сукупності багатьох фотонів пояснюються згадані закономірності:

1) Енергія пучка монохроматичного (з ) світла:

, де N —- число фотонів у пучку. Якщо електрон взаємодіє з одним фотоном, то збільшення N при незмінному не впливає на v_макс.

2) Із збільшенням v зростає hv, а отже — і v_макс

Експериментатори виявили ще дві закономірності.

а) Для кожної речовини існує деяке граничне значення довжини хвилі, перевищення якого призводить до зникнення фотоефекту, це значення назвали " червоною " (найбільш довгохвильовою) межею фотоефекту

(); те ж — і стосовно частоти: ().

Рівняння Ейнштейна пояснює причину існування "червоної" межі: їй відповідає гранична енергія

.

При енергія фотона виявляється меншою, ніж .

б) Столєтов виявив ще одну закономірність фотоефекту. І він, і інші вчені вивчали вольт-амперну характеристику фотоефекту, користуючись установкою, що мала джерело живлення з "середньою точкою", що дозволяло змінювати полярність на електродах у трубці.

Закон Столєтова: збільшення інтенсивності освітлення незмінної збільшує силу фотоструму насичення. Цей факт також пояснюється те­орією Ейнштейна: збільшення енергії пучка світла довжиною відбу­вається за рахунок збільшення числа фотонів у пучку, що призводить до збільшення числа фотоелектронів.

Примітка. При використанні лазерних світлових пучків з високою концентрацією фотонів електрон може поглинати не один, а 2-3 фо­тони. У випадку такого багатофотонного фотоефекту "червоної" межі немає.

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 64; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!