25.1 Енергія, маса та імпульс фотона

Сьогодні при розгляді природи світла говорять про корпускулярно - хвильовий дуалізм, який полягає в тому, що світло й не хвиля, й не частинка, воно має електромагнітну природу і йому притаманні двоїсті квантово - хвильові властивості, але одночасно квантові й хвильові властивості світла спостерігатися не можуть.

Фотони

М. Планк установив, що світло випромінюється квантами. А. Ейнштейн довів, що світло не тільки випромінюється, а й поширюється й поглинається квантами. Кванти світла можна розглядати як елементарні частинки, які дістали назву фотон.

Властивості фотонів

1. Для фотонів властивий корпускулярно-хвильовий дуалізм. Тобто фотон має властивості хвилі й частинки, але одночасно ці властивості не проявляються.

2. Фотон має масу, але не має маси спокою. Бо він існує лише тоді, коли рухається зі швидкістю світла. Оскільки фотон має масу, то він взаємодіє з гравітаційними полями.

3. Фотон завжди має імпульс.

4. Фотон не має заряду, тому не взаємодіє з електричними й магнітними полями.

5. Фотон – це стабільна частинка, тобто з часом він не може розпастися на якісь інші частинки.

Маса фотону

Масу фотона можна обчислити використовуючи формулу енергії фотону W=hν і формулу зв’язку енергії з масою W=mc². Прирівнявши їх, маємо hν=mc². Звідки . Оскільки , то масу можна розраховувати за формулою

.

Імпульс фотона р

Імпульс фотона можна отримати, підставивши у формулу імпульсу замість маси формулу маси фотона, а замість швидкості швидкість поширення світла р=mv; .

25.2 Фотоелектричний ефект. Явище внутрішнього фотоефекту

Фотоелектричний ефект - це явище взаємодії електромагнітного випромінювання з речовиною, внаслідок чого електрони речовини переходять у новий енергетичний стан.

_{Розрізняють:} зовнішній, внутрішній, вентильний фотоефекти та фотоіонізацію.

_{Вентильним фотоефектом} називають виникнення під впливом світла ЕРС у системі, що має p-n перехід.

_{Фотоіонізація} (фотоефект у газах) він полягає у виході електронів з атомів газу під дією світла.

_{*Електрони, які вилетіли з поверхні тіл під дією світла, називають} фотоелектронами, процес їх вильоту називають фотоелектронною емісією.

Явище внутрішнього фотоефекту

1. Знайомство з явищем. Якщо освітити напівпровідник або діелектрик світлом, то всередині них з’являються вільні носії зарядів. Це явище використовують у приладах керування електричними ланцюгами й у джерелах електричного струму, що дістали назву фотоелементи.

2. Визначення. Явище вибивання електромагнітними квантами електронів з атомів, що знаходяться всередині речовини, називають внутрішнім фотоефектом.

3 . Умови виникнення явища. Явище можна спостерігати тільки в напівпровідниках і діелектриках. Говорити про внутрішній фотоефект у металах немає змісту. Бо в металах, на відміну від діелектриків і напівпровідників, завжди існує велика кількість вільних електронів.

4. ..................

5. Пояснення явища в напівпровіднику. Попадаючи всередину напівпровідника (Рисунок 25.1), кванти світла вибивають валентні електрони з атомів напівпровідника. (Саме валентні електрони утворюють ковалентні зв’язки всередині кристала). При цьому в напівпровіднику утворюються вільні носії зарядів – електрони й дірки. (Дірка це нестача електрона в ковалентному зв’язку атомів. Цю нестачу розглядають як вільну, позитивно заряджену частинку. Рух дірки по кристалу відбувається шляхом заміщення електронів у ковалентному зв’язку). Якщо такий напівпровідник розмістити в електричному полі, то дірки будуть дрейфувати за, а електрони проти силових ліній електричного поля, створюючи струм. Якщо збільшити енергію опромінення, то кількість вільних носіїв зарядів зростає. При зменшенні енергії опромінювання світла, електрони і дірки рекомбінують й кристал перестає проводити струм.