![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •2. Сложение однонаправленных колебаний. Векторные диаграммы. Биения.
- •8. Затухающие колебания колебательного контура. Дифференциальное уравнение и его решение. Характеристики колебаний. Энергия колебаний. Добротность.
- •Дифференциальное уравнение осциллятора с трением
- •Затухающие колебания и их характеристики
- •14. Волновое уравнение для поперечных упругих волн на непрерывной струне. Фазовая и групповая скорости волн на струне.
- •20. Импеданс среды для электромагнитных волн. Электромагнитные волны на границе раздела сред.
- •26. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля.
- •32. Фотоэффект и его закономерности. Формула Эйнштейна. Фотоны.
- •38. Частица в одномерной бесконечной прямоугольной яме. Квантование состояний.
- •44. Образование молекул. Ковалентная и ионная связь.
32. Фотоэффект и его закономерности. Формула Эйнштейна. Фотоны.
В результате исследований было обнаружено, что фотоэффект (или точнее – внешний фотоэффект) состоит в выбивании электронов из вещества под действием падающего на него электромагнитного излучения (наблюдается в металлах, полупроводниках, диэлектриках). Устройство для наблюдения внешнего фотоэффекта изображено на рисунке.
![](/html/2706/180/html_S_v3PwPld2.0YbB/htmlconvd-TcJXuT_html_68f52375d5c65902.gif)
А
К
При
постановке данного опыта были зафиксированы
следующие факты:
Из катода под действием излучения выбиваются электроны
Существует порог фотоэффекта при частоте излучения
или длине волны λ<λкр когда выполняются данные условия фотоэффект наблюдается при любой интенсивности.
Eелектрона ~ ν (энергия электронов эквивалентна частоте излучения)
фотоэффект полностью безинерциальный
Допустим,
что фотоэлемент включен в цепь,
изобpажённую на pисунке. Пеpедвигая
движок реостата и снимая показания с
пpибоpов, можно найти вольт-ампеpную
зависимость фотоэлемента. Пpи U = 0 чеpез
элемент пpоходит небольшой ток (
).
Под действием света выpываются электpоны,
катод заpяжается положительно. Выpванные
электpоны вблизи катода создают
отpицательно заpяженное облако, из
котоpого большая часть электpонов
попадает обpатно на катод (катод пpи U =
0 притягивает электроны), а часть
электpонов из облака попадает на анод.
Они и создают небольшой ток
.
Если увеличивать напpяжение, то по меpе
его роста все большее число электронов
за секунду попадает на анод. Ток насыщения
опpеделяется тем количеством электронов,
которые выpываются в секунду из металла.
К
ривая
а соответствует меньшей, а кривая b
большей освещенности Е катода. Частота
света в обоих случаях одинакова. При
=0
небольшое число испущенных электронов
достигает анода, обладая некоторой
начальной скоростью, т.е. кинет энергией.
По мере увеличения ускоряющего напряжения
фототок возрастает. Пологий характер
кривых показывает, что электроны вылетают
из катода с разными скоростями. При
некотором анодном напряжении все
электроны, испускаемые катодом достигают
анода- ток насыщения
,
n-число
электронов, испускаемых катодом в
секунду. Если изменить знак внешнего
напряжения, то Эл, поле будет тормозить
электроны и при некотором его значении
электроны совсем перестанут достигать
анода. Сам факт фотоэффекта возникает
из электромагнитной картины излучения.
У электронов появляется энергия за счёт
раскачки их полем.
Но с точки зрения волновой картины фотоэффект должен обладать инерциальностью. Данное противоречие было разрешено Эйнштейном.
Гипотеза Эйнштейна
Свет не только излучается, но и поглощается в виде порций, квантов.
-
энергия
кванта
Фотоны, падая на поверхность металла, поникают на очень короткое расстояние в металл и поглощаются нацело отдельными его электронами проводимости. Они сразу же увеличивают свою энергию до значения, достаточного, чтобы преодолеть потенциальный барьер вблизи поверхности металла, и вылетают наружу.
Закон сохранения энергии позволяет написать простое соотношение, связывающее скорость фотоэлектронов с частотой поглощаемого света.
Энергия
фотона после поглощения его, с одной
стороны, расходуется на преодоление
потенциального барьера (эта часть
энергии называется работой выхода
электрона из металла), а с другой стороны,
частично сохраняется у электрона вне
металла в виде кинетической энергии.
Таким образом, соотношение для энергии
таково:
,
где
А - работа выхода электрона. Это соотношение
подтверждает тот факт, что энергия
фотоэлектронов, действительно, никак
не зависит от интенсивности света, а
линейно зависит от частоты света.
если меньше, то только нагрев
Кинетическая энергия вылетевших электронов
.
т.к. свет излучается и поглощается квантами, то световой поток это всегда поток
квантов (локализованных порций) – фотонов.
Свойства потока (они есть у фотона)
импульс
mo=0 если фотон останавливается то он исчезает.
-
релятивистская масса фотона.
Три закона внешнего фотоэффекта:
1.Число фотоэлектронов n, вырываемых из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности света.
2. Максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности.
3. Для каждого вещества существует “красная граница” фотоэффекта, те min частота света, при которой еще возможен фотоэффект. Она зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности.