Курс лекций по физике Курс черчения Теоретическая механика Теоретические основы электротехники Математика Контрольная работа


Фотоэффект

  Дальнейшее развитие квантовая гипотеза Планка получила прежде всего в работах Эйнштейна, который выдвинул гипотезу о световых квантах – фотонах.

 Фотон – это ультрарелятивистская незаряженная частица, имеющая нулевую массу покоя и всегда движущуюся со скоростью с. Если при неупругом столкновении с другой элементарной частицей фотон «останавливается», то он исчезает, передавая всю свою энергию этой частице

ε = hν = ω =  .

 Формально фотону можно приписать релятивистскую массу

 т = ε/с2 = hν/c2 = h/cλ = |. Амплитудно-импульсная модуляция На практике функции реализовать невозможно, однако с достаточной точностью их можно аппроксимировать узкими импульсами конечной высоты. Такая аппроксимация дает результаты, мало отличающиеся от полученных выше.

 Импульс фотона

рф= ε/с = h/λ = hν/c =

 Если направление распространения световой волны задать волновым вектором  , где (), то

 Впервые отдельные фотоны излучения были обнаружены в опытах, проведенных Боте при облучении тонкой металлической фольги слабым пучком рентгеновского излучения, под действием которого она сама становилась источником рентгеновского излучения.

 Если бы энергия этого излучения распространялась в виде сферических волн, то левый и правый счетчики Сл и Сп должны срабатывать практически одновременно, а самописцы Л и П , связанные со счетчиками, должны оставлять метки на движущейся ленте друг против друга. Опыт, однако показал, что счетчики реагировали совершенно независимо друг от друга. Все происходило так,  как если бы излучение фольги Ф 

распространялось в виде отдельных квантов, которые могли попадать либо в левый, либо в правый счетчик.

 Гипотеза о корпускулярных свойствах света позволила объяснить результаты экспериментов по фотоэлектрическому эффекту, совершенно непонятных с позиций классической электромагнитной теории.

 Внешним фотоэффектом называется явление испускания электронов вещества под действием электромагнитного излучения.

 Исследование закономерностей фотоэффекта проводят на установке с фотоэлементом в виде вакуумной двухэлектродной лампы, схематически показанной на рисунке.

 

 Металлический катод К при освещении его через кварцевое окошко видимым светом или ультрафиолетовым излучением испускает электроны. Эти фотоэлектроны, достигая анода А, обеспечивают протекание в цепи электрического тока, который фиксируется миллиамперметром. Источники питания подключены так, что позволяют изменять полярность подаваемого на фотоэлемент напряжения.

  Здесь же приведен качественный вид вольт-амперной характеристики такого фотоэлемента для случая неизменного светового потока, падающего на катод. Ускоряющему электрическому полю соответствует положительное напряжение, в области которого все испускаемые катодом электроны достигают анода, обусловливая фототок насыщения Iнас.

  При отрицательном напряжении (U<0) фотоэлектрон попадает в тормозящее электрическое поле, преодолеть которое он может, лишь имея определенный запас кинетической энергии. При некотором отрицательном напряжении, модуль которого Uз называют задерживающим напряжением (потенциалом), фототок становится равным нулю.

 Измерив Uз , можно определить максимальную кинетическую энергию

Кm или максимальную скорость υm фотоэлектронов.

Km = me υm2/2 =| eUз | .

Законы теплового излучения Энергию, излучаемую с единицы поверхности нагретого тела и приходящуюся на единичный диапазон частот, называют спектральной испускательной способностью тела или спектральной плотностью энергетической светимости (rω,Т ).

Закон смещения Вина Длина волны, на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре.

Гипотеза о квантах. Формула Планка Планк получил формулу для uω,T , хорошо согласующуюся с экспериментальными данными во всем диапазоне частот. Для этого он ввел гипотезу, коренным образом противоречащую представлениям классической физики о непрерывном испускании и поглощении электромагнитного излучения веществом.


На главную