§30. Законы фотоэффекта

1. Сила фототока насыщения I_н пропорциональна энергетической освещенности E катода при неизменной частоте падающего излучения =const.

2. Величина задерживающего потенциала падающего излучения при E–const. U_зV_max

3. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. максимальная ₀ или минимальная ₀, выше, которой фотоэффект невозможен.

4. Безынерционность фотоэффекта – это промежуток времени между началом освещения и началом фототока не превышает 10^-9с.

Законы фотоэффекта невозможно объяснить на основе волновой теории.

§31. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Объяснение законов фотоэффекта

В 1905г. Эйнштейн, опираясь на гипотезу Планка, выдвинул квантовую теорию фотоэффекта. Эйнштейн предположил, что падающее на фотокатод ­излучение – это поток фотонов или квантов.

Монохроматическое излучение состоит из числа фотонов, а интенсивность его определяется числом фотонов, падающих в единицу времени на единицу поверхности, каждый квант воздействует только с одним электроном. Увеличивая интенсивность облучения, мы увеличиваем число квантов  число выражаемых электронов  силу фототока насыщения. Процесс поглощения света сводится к тому, что фотоны передают всю свою энергию электронам(h). Чтобы выйти из металла электроны должны совершить работу выхода. Работа выхода – это минимальное значение энергии, которое необходимо сообщить электронам данного вещества для того, чтобы вырвать электроны за пределы металла.

Когда фотон падает на вещество, то он может провзаимодействовать с электронами, которые находятся на нити уровня Ферми  всегда при фотоэффекте имеются электроны со скоростями от 0 до V_max.

По закону сохранения энергии:

–уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.



Экспериментальная зависимость U_з от  позволяет определить красную границу фотокатода ₀, по тангенсу угла наклона прямой можно определить постоянную Планка h. Практическая безынертность фотоэффекта объясняется тем, что передача энергии от фотона к электрону происходит почти мгновенно (V_фот.=c).

§32. Фотоны. Давление света

Согласно гипотезе Эйнштейна свет испускается и поглощается квантами (фотонами).

Характеристики фотона:

1. Энергия фотона

2. Масса фотона

3. Импульс фотона.

Так как фотоны обладают импульсом, то свет, падающий на тело должен оказывать на него давление. С точки зрения квантовой теории давление света на поверхность обусловлена тем, что фотон при соударении с поверхностью передает ей импульс.

Давление света на поверхность равна импульсу, который передает поверхности в одну секунду Nфотонов.

–энергия всех фотонов.

–объемная плотность энергии: – когда фотоны падают перпендикулярно к поверхности. Когда фотоны падают под углом к поверхности .

§33. Эффект Комптона

Квантовые свойства света проявляются в явлении, которое в 1923 году обнаружил Комптон. Наблюдение рассеивания рентгеновских лучей легкими вещества (графит и т.д.).

Схема опыта: узкий пучок рентгеновских лучей, пройдя диафрагмыP₁и P_2, падает на легкое, рассеивающее вещество K. После рассеивания на угол  попадает на рентгеновский приемник D для изменения длины волны. В опытах было обнаружено, что в рассеянном излучении наряду с длиной волны падающего излучения  присутствуют лучи с длиной волны >.

Вместе с классическим рассеиванием с неизменной длиной волны  существует рассеивание с длиной волны смещенной в сторону больших длин волн. Этот новый тип рассеивания получил название явление Комптона.

Опыт показал, что длина волны >, =–=(1 – cos).

–постоянная Комптона, =0,0024 нм.

При комптоновском рассеивании соблюдается закон сохранения энергии и импульса: Е_ф=Е_ф+Е_е, где Е_ф– энергия падающего фотона, Е_ф– энергия рассеивания фотона, Е_е– энергия электрона отдачи; .

:

Векторная диаграмма импульсов: