44. Вольтамперная характеристика фотоэффекта

Фотоэффект- испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения

Схема для исследования фотоэффекта проста: между катодом и анодом электрической цепи прикладывается разность потенциалов, катод и анод находятся в вакууме, напряжения измеряется вольтметром, при освещении в цепь возникает электрический ток величина которого определяется амперметром.

Зависимость тока от напряжения представлена следующим образом:

Ток насыщения определяется таким значением напряжения U, при котором все электроны испускаемые катодом достигают анода.

I_нас= e N

N- число электронов испускаемое катодом за 1 сек.

U₀ -задерживающая разность потенциалов.

При U=U₀ ни один из электронов вырванный светом из катода не достигает анода.

Зная U₀ можно определить = eU , работа совершаемая задерживающей разностью потенциалов = максимальной кинетической энергии вылетающих электронов.

45. Законы фотоэффекта и уравнение Эйнштейна

Законы фотоэффекта или законы Столетова:

I. Закон Столетова: при фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна энергетической освещенности Ее катода).

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

III. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. минимальная частота v_о 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 кинетической энергии mv²_max/2

Это уравнение выведено на основе квантовой теории, согласно которой свет поглощается, распространяется с энергией hv , при этом А_вых определяется энергией hv_o, где v_o= ( красная граница фотоэффекта)

Если вместо Е_к записать выражения для задерживающей разности потенциалов, то получим :

Работа Авых дана чаще всего в электронвольтах, которые применяются для определения малых энергий.

еВ=1,6*10^-19 Дж

1еВ- энергия которую приобретает электрон с зарядом 1,6 *10^-19 Кл ускорившийся в разности потенциалов в 1В

46. Импульс фотона. Давление света

Согласно гипотезе световых квантов Эйнштейна, свет испускается, поглощается и распространяется дискретными порциями (квантами), названными фотонами. Энергия фотона E₀=hv. Его масса находится из закона взаимосвязи массы и энергии :

Фотон — элементарная частица, которая всегда движется со скоростью света с и имеет массу покоя, равную нулю. Следовательно, масса фотона отличается от массы таких элементарных частиц, как электрон, протон и нейтрон, которые обладают отличной от нуля массой покоя и могут находиться в состоянии покоя.

Импульс фотона р_ получим, если в общей формуле теории относительности положим массу покоя фотона m_о = 0:

(205.2)

Из приведенных рассуждений следует, что фотон, как и любая другая частица, характеризуется энергией, массой и импульсом.

Если фотоны обладают импульсом, то свет, падающий на тело, должен оказывать на него давление. Согласно квантовой теории, давление света на поверхность обусловлено тем, что каждый фотон при соударении с поверхностью передает ей свой импульс.

Рассчитаем с точки зрения квантовой теории световое давление, оказываемое на поверхность тела потоком монохроматического излучения (частота v), падающего перпендикулярно поверхности. Если в единицу времени на единицу площади поверхности тела падает N фотонов, то при коэффициенте отражения  света от поверхности тела N фотонов отразится, a (l - )N — поглотится. Каждый поглощенный фотон передает поверхности импульс р_g = hv/c, а каждый отраженный — 2 р_g = 2hv/c (при отражении импульс фотона изменяется на - р_g). Давление света на поверхность равно импульсу, который передают поверхности в 1 с N фотонов:

Nhv = E_e есть энергия всех фотонов, падающих на единицу поверхности в единицу времени, т.e. энергетическая освещенность поверхности , a E_e/c = w — объемная плотность энергии излучения. Поэтому давление, производимое светом при нормальном падении на поверхность,