35 Фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна.

Внешний фотоэффект. Испускание электронов веществом (металлом, полупроводником, ди­электриком) под действием электромагнитного излучения.

Внутренний фотоэффект. Вызываемые электромагнитным изучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникновению ЭДС.

Вентильный фотоэффект. Возникновение ЭДС (фото-ЭДС) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внеш­него электрического поля). Вентильный фотоэффект — разновидность внутреннего фотоэффекта.

Законы внешнего фотоэффекта

Первый закон (Столетова)

При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вы­рываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивнос­ти света (сила фототока насыщения пропорциональна энергетической ос­вещенности Е_е катода).

Второй закон

Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетиче­ская энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой v.

Третий закон

Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. минимальная частота v₀ света (зависящая от химической природы вещест­ва и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.

Уравнение Эйнштейна

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

Уравнение Эйнштейна — закон сохранения энергии при фотоэффекте.

Объяснение законов фотоэффекта на основе квантовой теории (на основе волновой теории не объясняется)

Первый закон фотоэффекта

По Эйнштейну, каждый квант поглощается только одним электроном. Поэтому число вырванных фотоэлектронов должно быть пропорциональ­но интенсивности света.

Второй закон фотоэффекта

Из уравнения Эйнштейна (hv = А + Т_тах) следует, что максимальная ки­нетическая энергия фотоэлектрона линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения и не зависит от его интенсивности (числа фотонов), так как ни А, ни v от интенсивности света не зависят.

Третий закон фотоэффекта

С уменьшением частоты света кинетическая энергия фотоэлектронов уменьшается (для данного металла А = const), поэтому при некоторой до­статочно малой частоте v = v₀ кинетическая энергия фотоэлектронов ста­нет равной нулю и фотоэффект прекратится.

Безынерционность фотоэффекта

Испускание фотоэлектронов происходит сразу, как только на фотокатод падает излучение с v > v₀.

«Красная граница» фотоэффекта

Зависит лишь от работы выхода электрона, т. е. от химической природы v₀ = т вещества и состояния его поверхности.[А — работа выхода электрона; h — постоянная Планка]

36 Гипотеза де Бройля и ее экспериментальное подтверждение. Универсальный характер корпускулярно-волнового дуализма.

Корпускулярно-волновая двойственность свойств частиц вещества. Гипотеза де Бройля и ее опытное обоснование.

Движение электрона или какой-либо другой частицы, обладающей массой покоя, связано с волновым процессом. Длина волны: =h/mv Стационарным являются лишь те орбиты, на которых укладывается целове число де Бройля. 2r_n =n. Электроны подобно фотонам, имеют двойственную корпускулярно-волновую природу. Корпускулярно и волновые характеристики между собой постоянной Планка: =hv , =h/mv. Квадрат амплитуды волны де Бройля в данной точке пространства является мерой вероятности обнаружить частицы в этой точке пространства. Де Бройль утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также волновыми свойствами. Согласно Де Бойлю, с каждым микрообъектом связываются с одной стороны корпускулярные характеристики – энергия Е и импульс р, а с другой – волновые характеристики – частота v длина волны . Количественные соотношения, связывающие корпускулярные и волновые свойства частиц, такие как и для фотонов: E=hv, p=h/ Любой частице, обладающей импульсом, сопоставляют волновой процесс с длиной волны, определяемой по формуле де Бройля: =h/p. Представление о двойственной корпускулярно-волновой природе частиц вещества углубляется еще тем, что на частицы вещества переносится связь между полной энергией частицы и частотой v волн де Бройля: =hv