26. Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Формула Эйнштейна.

Фотоэффектом называется электрические явления, которые происходят при освещении светом вещ-ва, а именно: выход электронов из вещ-ва (фотоэлектронная эмиссия), возникновение ЭДС.

Вылет электронов из освещенных тел называют внешним фотоэффектом.

Столетов опытным путем установил следующие законы (внешнего) фотоэффекта:

1. Число электронов, вырываемых из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности света. (Фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности E).

2. Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.

3. Для каждого фотокатода существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота , при которой фотоэффект еще возможен. Эта частота зависит от химической природы и состояния его поверхности.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии:

(2)

Уравнение (2) называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна позволяет объяснить второй и третий законы фотоэффекта. Из уравнения (2) непосредственно следует, что максимальная кинетическая энергия (mV²_max /2) возрастает с увеличением частоты падающего света. С уменьшением частоты кинетическая энергия (mV²_max /2) уменьшается и при некоторой частоте она становиться равной нулю и фотоэффект прекращается ( ). Отсюда

,

(3)

- красная граница фотоэффекта (ниже которой фотоэффект не наблюдается), она зависит лишь от работы выхода электрона из металла (то есть от химической природы вещества).

27. Опыт, доказывающий дискретную природу света (2) — опыт Боте.

Если свет — электромагнитная волна, то записи на ленте будут строго симметричны.

С позиции квантов: кванты летят хаотически и приходят на счетчики не одновременно.

(излучение именно рентгеновское тк энергия фотона видимого света — несколько электрон-вольт, и на первый план выходят волновые свойства, у рентгеновского излучения энергия на несколько порядков больше и на первый план выходят квантовые свойства)

Фотоны — кванты оптического диапозона (10¹¹ — 10¹⁵ Гц), порция, минимальный сгусток энергии.

Энергия фотона ε_ф=hν = hC/λ=ħω

h=6.62 * 10 ^-34 Дж с — постоянная Планка (1900)

ħ=h/2Pi=1.05*10^-34 Дж c

ω = 2Pi ν

λ=СT=C/ν ν=C/λ

E=mC² — закон массы энергии

m=E/C²

Масса фотона m_ф=ε_ф/C²=hν /C² — масса движущегося фотона

со скоростью света могут двигаться только частицы нейрина и фотона, тела — нет

m_ф=m_0ф/sqr(1-(v²/C²)) v=C (в вакууме) => m_ф=0 в покое

Импульс фотона P_ф=mC= hν /C = h/λ

28. Закономерности линейчатых спектров.

Линии в спектре группируются в серии. Спектральная серия – совокупность спектральных линий убывающей интенсивности, сходящейся к определенному пределу.

Серия

Бальмер

1/λ = R(1/2²-1/n²) n=3,4,5… - спектр водорода

R=1,1* 10^-7 м^-1 (постоянная Ридберга)

Модель Томпсона.

Модель атома – сфера заряженного вещества, т.н. «Кекс с изюмом»

Атом водорода. Заряд сферы +e

Если электрон отклонить, то он притягивается назад с F=eE

E=ρr/3ε0

ρ=e/(4/3)PiR³

E=er/3 ε0 (4/3)PiR³ = er/4Piε0R³ (по т. Гаусса)

F=e²r/4Piε0R³ - квазиупругая сила

F=kr k – коэффициент упругости

Электрон в атоме ведет себя как грузик на пружинке.

(?) Частота колебаний электрона ω=sqr(k/m)

= частоте излучений электрона (?) ω=sqr(e²/4Piε0R³m ) ~ 10 ¹⁵ 1/c R ~ 3 10 ^-10 м

[ω] = sqr (кл² м / Ф м³ кг) = sqr (В Кл м / м³ кг) = sqr (Дж м / м³ кг) = sqr (кг м² м / м³ кг с²) = 1/c

Частота видимого света (400 – 760 нм) в модели совпадает с полученной экспериментально частотой, однако эта теория просуществовала всего с 1903 – 1911