1 .Основные законы внешнего фотоэффекта. Закон Столетова. Уравнение Эйнштейна. Красная граница фотоэффекта.

Фотоэффект – испускание электронов веществом под действием падающего света.

В 1888г Столетов провел ряд опытов, позволивших найти закономерность в явлении фотоэффекта. (см. рис. 1)

К олба, 2 электрода, внутри вакуум.

Батарея меняет напряжение между катодом и анодом.

Свет на катод, он выпускает электроны под действием фотоэффекта на анод, а гальванометр меряет идущий фототок. Рис.1 Схематичная установка Столетова

Р ис.2 Вольт-амперная характеристика, т.е. кривая, показывающая зависимость фототока I от напряжения между электродами V при неизменном потоке света.

Отсюда видно, что при небольшом напряжении фототок достигает насыщения – все электроны, испущенные катодом, попадают на анод. Т.е. сила тока насыщения I_k определяется количеством электронов, испускаемых катодом в единицу времени под действием света.

Столетов установил закон: сила фототока насыщения пропорциональна интенсивности падающего света.

где задерживающий потенциал ;

Уравнение Эйнштейна. ( – энергия кванта насыщения на то, чтобы выбить электрон из поверхности, А – работа выхода). – квантовое представление о явлении фотоэффекта. А=конст у любого материала.

Наступает такой момент, когда - при очень низкой частоте. Это красная граница фотоэффекта, обозначается как .. Когда < фототока нет! Так происходит, потому что энергии кванта хватает на то, чтобы извлечь его металла, но скорости никакой не получает.

Мелликен нашел в уравнении Эйнштейна и доказал, что она та же, что и постоянная Планка, что значит свет тоже распространяется квантами.

Исправленное уравнение Эйлера для определения постоянной Планка.

-

e =4,8*10^-8 CGSE (Электромагнитная система Гаусса)

2.Тормозное рентгеновское излучение. Определение постоянной Планка.

В акуумная трубка, катод подогревается.

Резкое торможение электронов – рентгеновское излучение (очень короткое излучение волны)

Если λ<λ_min, то рентгеновского излучения нет. λ_min - граница коротковолнового рентгеновского излучения.

λ=CT=C/

Отсюда и находится постоянная Планка

3.Фотоны и их свойства. Давление света и его вычисление на основе теории фотонов. Экспериментальное обнаружение деления света Лебедевым.

Материя: вещество (атомы, молекулы, электроны)+излучения (фотоны)

- масса покоя

где - волновой вектор.

Т.к. фотон обладает импульсом, он может воздействовать на тела, передавая импульсом, он может воздействовать на тела, передавая этот импульс.

Экспериментально Лебедев обнаружил наличие импульса у фотонов в 20 веке.

П од действием света зеркало закручивается.

1)Зеркало полностью поглощает свет

где количество фотонов за 1 секунду

2)Зеркало полностью отражает свет

Связь корпускулярных и волновых: (где - амплитуда, W –вероятность обнаружения фотона в dV, - коэффициент пропорциональности.

4.Спектральные закономерности излучения атомом и их объяснения.

Весь мир имеет зернистый характер, недоступный для глаза. Если тело раскаленное, то сплошной характер, если газы – то полосчатый, если разряженные газы – плоские спектральные линии.

Было установлено (Больмером), что частоты в видимой части спектра атома водорода могут быть рассчитаны по формуле - ), n=2, m=3, 4, 5 – для видимого спектра; R – постоянная Ридберга.

- )

Стало возможно видеть ИК и УФ, а также использовать обобщенную формулу Больмера: - ), n=1 (для УФ), 2(для видимого),3,4,5,6, (для ИК) m> n.

– любая спектральная представлена комбинацией Т.

5.Постулаты Бора Экспериментальное подтверждение существования дискретных энергетических уровней. Опыты Франка и Герца.

Постулаты:

1.Из всех возможных орбит электрона атома реализуются только те, где момент импульса кратен постоянной Планка. Когда электрон вращается по такой стационарной орбите, он не поглощает, а излучает r*mV=n

2.При испускании или поглощении света атомами электрон переходит с одной стационарной орбиты на другую, при этом испускается или поглощается квант света, равный разности стационарных состояний. E_m-E_n= h

Справедливость постулатов подтверждается экспериментально.

Опыты Франка и Герца.

В трубке, заполненной парами ртути под небольшим давлением катод К, анод А и сетка С. Электроны, вылетавшие из катода ускорялись из-за разности потенциалов А и К. Между сеткой и А создавалось слабое электрическое поле.

Определялась зависимость силы тока в цепи анода от напряжения, причем максимумы повторяются при напряжении 4,9 ev. Такой ход кривой объясняется тем, что из-за дискретности энергетических уровней атомы могут воспринимать энергию только определенными порциями: ∆Е1=Е2-Е1 или ∆Е2=У3-Е1, где Е1,Е2,Е3… - энергии 1-ого,2-ого, 3-го и т.д. стационарного состояния. Пока энергия электрона меньше ∆Е1, соударения между электроном и атомом ртути носят упругий характер, при этом энергия электрона практически не изменяется. Часть электронов попадает на сетку, остальные же, перескочив через неё, достигают анода, создавая ток в цепи гальванометра Г. Чем больше скорость электронов, тем больше перескочивших через сетку, и, следовательно, больше сила тока.

Когда энергия в промежутка К-С превосходит ∆Е1, соударения перестают быть упругими, и электроны при ударах об атомы передает им энергию ∆Е1 и продолжают двигаться дальше с меньшей скоростью. Поэтому число электронов, достигающих анода, уменьшается.

Атомы, получившие при соударении с электронами энергию ∆Е1, переходят в возбужденное состояние, из которого, спустя некоторое время, возвращаются в основное, излучая световой квант.

При достаточном разряжении паров ртути и соответствующей величине ускоряющего напряжения электроны во время столкновения с атомами могут приобретать скорость, достаточную для перехода атома в состояние с энергией Е3. В этом случае на кривой наблюдаются максимумы при напряжениях.

Т.о., в опытах Франка и Герца непосредственно обнаруживается существование у атомов дискретных энергетических уровней.