Билет №1 Квантовая Гипотеза Планка. Квантовая природа света.

Анализ состава излучения светящихся тел показал, что его распределение по частотам колебаний не согласуется с законами излучения, выведенными из волновой теории света. Стремясь найти объяснение этому факту, немецкий физик М. Планк (1858—1947 гг.) предположил, что свет излучается не в виде волн, а в виде определенных и неделимых порций энергии, которые он назвал квантами (от латинского «квантум» — количество, масса). В настоящее время кванты света называют фотонами. На основе анализа оптических явлений было установлено, что те из них, которые связаны с распространением света в какой-либо среде, можно объяснить только с помощью волновой теории, а те, которые связаны с испусканием и поглощением света, объяснялись только с помощью представления о квантовом составе светового излучения. Все это означало, что для объяснения оптических явлений необходима новая теория, объединяющая волновые и корпускулярные свойства света. Эта новая теория получила название квантовой теории света и в своем первоначальном виде была создана трудами Планка, Эйнштейна, Бора и других ученых.

В классической физике испускание и поглощение излучения телом рассматривались как непрерывный процесс. Только путем введения принципиально новых квантовых воззрений в 1990 г. М. Планку удалось получить формулу, находящуюся в полном согласии с опытом.

Гипотеза Планка: вещество не может испускать энергию излучения иначе как конечными порциями (квантами), пропорциональными частоте этого излучения.

Энергия кванта равна: = hv

где — энергия кванта, v — частота колебаний электромагнитного излучения и h — постоянный коэффициент, одинаковый для всех волн и квантов, который называют постоянной Планка. В СИ числовое значение h следующее: [h = 6,62 •10^-34 Дж • с — универсальная постоянная, получившая название постоянной Планка].

Итак, согласно квантовой теории световое излучение заданной частоты v состоит из фотонов (квантов) с определенной энергией е, выражаемой формулой

=hv. Следовательно, Энергия кванта прямо пропорциональна частоте колебаний электромагнитного излучения и энергия кванта обратно пропорциональна длине волны излучения в вакууме ( ).

Билет №2 Опыты а.Г. Столетова. Внешний фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.

В 1887 г. Г. Герц обнаружил, что при облучении ультрафиолетовыми лучами искрового промежутка, находящегося под высоким напряжением, облегчается разряд через воздух, т. е. разряд возникает при таком расстоянии между электродами, при котором в отсутствие облучения он не происходит. Влияние излучения на электрические явления стали называть фотоэлектрическим эффектом или, короче, фотоэффектом.

Фотоэффект можно наблюдать на следующем опыте. Если электроскоп, в котором шарик заменен цинковой пластинкой, зарядить отрицательно, то при облучении ультрафиолетовыми лучами он быстро разрядится. Если же электроскоп заряжен положительно, то при облучении его заряд не изменяется. Облучение пластинки незаряженного электроскопа создает на ней небольшой положительный заряд.

На основании подобных опытов было установлено, что под действием излучения из металла вылетают отрицательные заряды. Такой фотоэффект стали называть внешним. Позднее было установлено, что эти заряды, вылетающие из металла, представляют собой электроны и что фотоэффект наблюдается при облучении не только металлов, но и других твердых тел, а также жидкостей и газов. Внешним фотоэффектом называется вылет электронов из вещества под действием падающего на него излучения. Большие заслуги в исследовании закономерностей фотоэффекта принадлежат русскому ученому А. Г. Столетову. В 1888 г. он воспроизвел опыты Г. Герца и обнаружил, что высокое напряжение для фотоэффекта несущественно, так как он возникает и при очень небольшом напряжении между электродами. Столетов создал установку, позволившую получить электрический ток с помощью внешнего фотоэффекта (фототек) и исследовать его зависимость от интенсивности и длины волны излучения.

Первый закон внешнего фотоэффекта: фототек насыщения прямо пропорционален падающему на электрод световому потоку.

Второй закон внешнего фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия выбиваемых излучением электронов не зависит от интенсивности излучения, а определяется только его частотой (или длиной волны к) и материалом электрода.

Третий закон внешнего фотоэффекта: красная граница фотоэффекта определяется только материалом электрода и не зависит от интенсивности излучения.

В 1905 ц. А. Эйнштейн показал, что законы фотоэффекта могут быть объяснены при помощи квантовой теории. Наибольшей кинетической энергией будут обладать электроны, которые поглотят кванта энергии вблизи поверхности металла и вылетят из него, не успев потерять энергию при столкновениях с другими частицами металла. Математически это выражается уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта: