Кванты света. Теория фотоэффекта. Применение фотоэффекта.
В 1900 г. немецкий физик Макс Планк высказал гипотезу: Черное тело испускает и поглощает свет не непрерывно, а определенными конечными порциями энергии – квантами. Энергия каждого кванта пропорциональна частоте излучения = hν , где h- коэффициент пропорциональности (постоянная Планка) h=6,626·10-34Дж·с. Позднее кванты света стали называть фотонами.
Квантовая точка зрения на природу света позволяет объяснить внешний фотоэффект. А.Эйнштейн, анализируя свойства электромагнитного излучения, пришел к выводу: сама электромагнитная волна состоит из отдельных порций –квантов или фотонов. Свет – это поток особых частиц. В монохроматическом свете все фотоны имеют одинаковую энергию = hν. Поглощение света состоит в том, что фотоны передают свою энергию атомам и молекулам, т.е. поглощение происходит прерывисто, отдельными порциями.
Электрон, поглотив фотон, увеличивает
свою энергию на hν. Этой энергии может
хватить на то, чтобы электрон преодолел
потенциальный барьер на границе металл-
вакуум (совершил работу выхода А = еU)
и на то, чтобы электрон приобрел некоторую
кинетическую энергию К=
,
т.е. hν=А+
- уравнение Эйнштейна.
Из этого уравнения
=
;
т.е. скорость фотоэлектронов зависит
только от частоты падающего на электрод
излучения ν и от природы вещества (от
работы выхода А)
Из уравнения следует, что фотоэффект
возможен если hν
А
отсюда А=hνmin=
hc/λmax,
или νmin = А/h,
λmax= hc/А
– красная граница фотоэффекта.
Фотоэффект находит широкое применение в самых различных областях техники. На внешнем фотоэффекте основано устройство фотоэлемента. Часть внутренней поверхности стеклянного баллончика, из которого откачивается воздух, покрывается слоем светочувствительного металла. Этот слой служит катодом, а металлическое колечко или диск в центре баллончика – анодом. Фотоэлементы позволяют автоматически включать и выключать уличное освещение, отбраковывать детали на конвейере, считать детали, открывать и закрывать двери, обеспечивать технику безопасности на производстве. Фотоэлементы применяются в телевидении, фототелеграфе, звуковом кино. Широко применяются фотоэлементы, основанные на внутреннем фотоэффекте, - фотосопротивления. По светочувствительности они превосходят вакуумные фотоэлементы, но обладают заметной инертностью.
Разновидностью фотосопротивлений являются вентильные фотоэлементы, которые преобразуют световую энергию в электрическую. Те из них, которые работают на энергии солнечных лучей, называют солнечными батареями. Солнечные батареи устанавливаются на искусственных спутниках Земли автоматических межпланетных станциях в качестве источников энергии, питающих всю бортовую аппаратуру.
Задача.
а) Какой объём займет газ при температуре 770 С, если при температуре 270 С его объём был 6 л. Процесс считать изобарным.
Дано: p = const V1= 6л T1 = 300 K T2 = 350 K V2 - ? |
Решение. При изобарном процессе:
|
б) При температуре 270 с давление газа в закрытом сосуде 75 кПа. Каким будет давление при температуре -130 С?
Дано: V = const T1=300 K T2 = 260 K p1 =75 кПа p2 -?
|
Решение. При изохорном процессе
|
отсюда
