оптика / Лабораторки
.PDF
Учитывая, что при m=1, x намного меньше y, |
sinϕ » tg(φ) = |
x |
, где x – |
|
|||
|
|
y |
ка |
|
|
|
расстояние от центра дифракционной картины до первого минимума, получим:
b × |
x |
= λ , то есть, можно найти длину волны лазера, зная b-ширину |
|
||
|
y |
е |
|
|
щели, x, y и измерить x и y.
Более точный результат получается если измерять не саму ширину щели,
а ее изменение. |
|
(b - b )× x ×тx |
æ 1 |
1 ö |
2.Установить наименьшую ширину щелии, бприлкоторойи наблюдается дифракционная картина. Записать показан я b , x
б1 1
3.Увеличивая каждый раз ширину щели на 0,02мм, сделать 7 замеров b, x и записать в табл. 2.b - b -× ç ÷ , тогда λ = m n= λ × y оm nминимумовизмерив
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ая |
|
|
|
λi |
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
|
|
bi |
xi |
|
|
комбинации |
xm |
|
xn |
|
Dλi |
|
|
Dλi |
2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m – n* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1-7 |
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
среднее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* – примечание, чем больше отличаются m и n, тем лучше результат. |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
4. |
Вычислить |
|
о |
|
|
|
λ , |
абсолютную и |
относительную |
|||||||||||
|
|
сред ее з ачение |
||||||||||||||||||||
|
|
|
погрешность измерений. Окончательный результат вычислений записать |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в виде λ = λср ± |
λ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
1. |
Дифракция света. Виды дифракции, методы наблюдения. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
2. |
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Формулиров а принципа Гюйгенса-Френеля. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
3. |
М тод зон Френеля. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
4. |
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Дифракция Френеля на круглом отверстии. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
5. |
Дифракция Фраунгофера на щели. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Э |
Как с помощью дифракции найти длину волны излучения лазера? |
|
|
|
||||||||||||||||||
6. |
|
|
|
|||||||||||||||||||
61
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9
1.Свечение раскаленных тел используется для создания исо очниковт е касвета, первые из которых – лампы накаливания. На первый взгляд кажется, что черные тела должны быть наилучшими тепловыми источникамии света, так как их спектральная плотность энергетической светимости для любой длины волны больше спектральной плотности энергетической светл мости нечерных тел, взятых при одинаковой температуре.
Однако оказывается, что для некоторых телб (во ьфрам), обладающих селективностью светового излучения, доля энергии, приходящейся на излучение в видимой области спектра, значительнои ольше, чем для черного тела, нагретого до той же температуры. Поэтому вольфрам, обладая еще и высокой температурой плавления, являетсяб на лучшим материалом для изготовления нитей ламп накаливания, используемых для освещения.
Современные лампы накаливания имеют вольфрамовую нить, изготовленную в виде двойной спиралиая , баллоны ламп наполняются инертным газом, что позволяет довести температуру нити до 3000К и более.
2.Тела, нагретые до достаточно высоких температур, светятся. Свечение
тел, обусловленное тепловым н грев нием, называется тепловым излучением. Тепловое излучение возник етнза счет энергии теплового излучения атомов и молекул вещества и характеризуется сплошным спектром, положение максимума которого зависитн от температуры.
Тепловое излуче ие – практически единственный вид излучения, которое может быть равновесоым, то есть тело в единицу времени будет поглощать столько же энергии, ск лько и излучать. Все другие виды излучения неравновесны. р
3.Количественной характеристикой теплового излучения служит спектральная плотностьт энергетической светимости тела – мощность излучения
сединицы площадик поверхности тела в интервале частот единичной ширины:dWν еν + ν - энергия электромагнитного излучения, испускаемого за единицугде
|
, d |
|
л |
времени с единицы площади поверхности тела в интервале частот от ν до ν + |
|
Э |
|
dν. |
|
Записанную формулу (1) можно представить в виде функции длины волны:
Rν ,T dν = Rλ,T dλ ,
62
или |
R |
= |
|
R |
|
× |
λ2 |
|
, |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
||||||
ν ,T |
|
|
|
λ ,Т |
|
с |
|
|||
|
|
|
|
|||||||
что позволяет перейти от |
Rν ,T |
к Rλ,T |
и наоборот. Зная спектр льную |
|||||||
плотность энергетической светимости, можно вычислить интегральную
единицу площади поверхности тела падающими на неё электромагнитными
светимость (её называют просто энергетической светимостью т ла), |
||||||||
просуммировав по всем частотам: |
|
|
|
|
т |
е |
ка |
|
∞ |
|
|
|
|
|
|||
RT = òRν ,T dν |
|
|
|
|
|
|||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Способность тел поглощать падающее на них излучение характеризуется |
||||||||
спектральной поглощательной способностью |
|
|
и |
о |
|
|
|
|
|
погл |
|
|
|
|
|
||
Aν ,T = |
dWν ,ν +dν |
, |
|
|
|
|
(2) |
|
|
|
|
|
|
||||
|
dWν ,ν +dν |
|
|
|
|
|
|
|
показывающей, какая доля энергии, приносимой за единицу времени на |
||||||||
|
|
б |
л |
|
|
|
|
|
волнами с частотами от ν до ν + dν, поглощается телом. Спектральная |
|
поглощательная способность – величина безразмерная. Величины Rν ,T и Aν ,T |
|
зависят от природы тела, его термодинамическойи |
температуры и при этом |
различаются для излучений с различными частотами. |
|
Тело, способное поглощать полностью при |
любой температуре все |
б |
|
падающее на него излучение любой частоты, называется черным телом. Следовательно, спектральная поглощательная способность черного тела для всех частот и температур равна единице.
Aνr,T = 1
|
|
н |
Абсолютно |
черных |
тел ваяприроде нет, однако некоторые тела в |
определённом интервале частот по своим свойствам близки к ним. |
||
Наряду с |
понятием |
черного тела используют понятие серого тела, |
поглощательная способ ость которого меньше единицы, но одинакова для всех
|
|
р |
|
т температуры, материала и состояния поверхности |
частот и зависит т лько |
||||
тела: |
т |
|
о |
Aνc,T = AT = const < 1 |
|
|
|||
|
|
|
||
5. Кирхгоф установил количественную связь между спектральной плотностью энерге ической светимости и спектральной поглощательной
способностью. |
|
||||
|
Отнош ние спектральной плотности энергетической светимости |
к |
|||
|
л |
|
|
|
|
спектральнойкпоглощательной способности не зависит от природы тела; оно |
|||||
явля тся для |
всех тел универсальной функцией частоты (длины волны) |
и |
|||
Э |
|
|
|
|
|
температурые |
(закон Кирхгофа): |
|
|
|
|
63
Для черного тела |
Ar |
,T |
= 1 |
, поэтому из закона Кирхгофа вытекает, что |
R |
|
|
ν |
|
|
|
ν ,T |
|
для черного тела равна rν ,T . Таким образом, rν ,T |
есть спектральная плотность |
|||||
энергетической светимости черного тела. Следовательно, согласно з кону Кирхгофа, для всех тел отношение спектральной плотности энергетичес ой светимости к спектральной поглощательной способности равно спектральной
энергетической светимости черного тела является универсальной функцией, поэтому нахождение её з висимости от частоты и температуры является
плотности энергетической светимости черного тела при той же темп ратуре и |
|||||||||||||
частоте. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ка |
|
Из закона Кирхгофа следует, что спектральная плотнос ь эн рге ической |
|||||||||||||
светимости любого тела в любой части спектра всегда меньше спектральнойе |
|||||||||||||
плотности энергетической светимости черного тела (при тех же значениях Т и |
|||||||||||||
ν), так как Aν ,T |
< 1 и поэтому Rν ,T |
< rν ,T , согласно закону К |
|
т |
|
||||||||
рхгофа: |
|
||||||||||||
|
|
|
RT = ∞ò Aν ,T × rν ,T dν , |
|
л |
и |
о |
|
|
||||
для серого тела: |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
RTc = AT òrν ,T dν = AT Re , |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Re |
= òrν ,T dν - энергетическая светимостьичерного тела (зависит только от |
||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
температуры). |
Излучение, которое закону |
Кирхгофа не |
подчиняется, не |
||||||||||
является тепловым. |
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
6. |
Из закона Кирхгофа |
|
следует, |
что спектральная плотность |
|||||||||
|
|
|
|
ая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
важной задачей теории теплового |
излучения. Закон Стефана-Больцмана |
||||
|
н |
|
|
|
|
устанавливает зависимость э ергетической светимости от температуры: |
|||||
о |
|
н |
R = δ ×T 4 |
, |
|
|
|
e |
|
||
|
|
|
|
||
то есть энергетическая светимость черного тела пропорциональна четвертой
степени его те модинамической температуры, где δ=5,67·10-8 |
|
Вт |
|
- |
|
м |
2 |
× К |
4 |
||
|
|
|
|
||
постоянная Стефана-Больцмана. Экспериментально установлено, что
распределение энергии в спектре черного тела является неравномерным. Все |
|||||
|
|
|
|
р |
|
кривые имеют ярко выраженный максимум, который по мере повышения |
|||||
температуры смещаетсят |
в сторону более коротких волн, причем площадь |
||||
огранич ния кривой зависимости rλ,T от λ, пропорциональна энергетической |
|||||
|
|
|
к |
и, следовательно, по закону Стефана-Больцмана четвертой |
|
светимости Re |
|||||
степени температуры. |
|
||||
|
|
е |
|
|
|
|
Закон смещения Вина устанавливает зависимость длины волны λm, |
||||
соответствующей максимуму функции rλ,T , от температуры Т: |
|||||
Э |
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
64
то есть длина волны λm, соответствующая максимальному зн чению
λm = |
в |
, где в=2,9·10-3 м·К – постоянная Вина. |
ка |
|
T |
||||
|
|
|||
|
|
|
спектральной плотности энергетической светимости rλ,T |
черного тела, обр тно |
|||||||||||||||||
пропорциональна его термодинамической температуре. |
|
т е |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л |
и |
о |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
, |
||||
|
теплоприемник |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Измерить электрическое сопротивление Rt нити накала лампы при |
|||||||||||||||||
|
|
комнатной температуре t. Вычислить сопротивление R0 нити лампы при |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
о |
н |
н |
ая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Включить в сеть электрическую лампу, измерить силу тока и напряжение. |
|||||||||||||||||
|
|
Вычисли ь мощность лампы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
т |
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
излученияе к |
, то можно найти энергию, излучаемую лампой в единицу |
|||||||||||||||
Э |
|
времени с единицы площади поверхности нити: |
|
|
|
|
|
|||||||||||
л |
W |
= |
Р |
= |
IU |
, где площадь излучающей поверхности S = 1·10-5 м2. |
||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
S |
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|||||
|
4. |
Найти сопротивление спирали лампы в нагретом состоянии: RT = |
|
. |
||||||||||||||
|
I |
|||||||||||||||||
65
Rt
(Ом
Э
5. |
Вычислить термодинамическую температуру спирали лампы в рабочем |
|
|||||||||||
|
состоянии. |
|
|
е |
ка |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
их |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
δ = |
W |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
T 4 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
7. |
Оценить погрешность опыта, сравнив с табличным значением постоянной |
||||||||||||
|
Стефана-Больцмана δт=5,67·10-8 |
Вт |
и |
о |
т |
|
|
||||||
|
м2 × К 4 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
8. |
Результаты занести в таблицу. |
|
|
|
|
||||||||
би б
1.Установить теплоприемникаяна расстоянии 5 см от лампы, повернув его черной стороной в сторону лампы.
2.Подождать, когда давление перестанет возрастать. Значит энергия, поступающая в теплоприемникн в единицу времени, равна энергии, излученной теплоприемником в единицу времени.
3.При нагревании объемн теплоприемника практически не изменяется, то
есть процесс нагревао ия является близким к изохорическому: εр %р л)
|
|
к |
|
|
атм |
|
|
ермодинамическая температура до начала нагревания, ратм – |
|||
где Т0 – |
|||||
атмосферное давление в момент опыта, ∆р – показания манометра. |
|||||
(1 мм. рт.тст. = 133,3 Па), Т = t + 273. |
|
||||
4. Вычислить длину волны λm, на |
которую приходится максимальная |
||||
л |
|
|
|
|
|
плотность энергетической светимости теплоприемника: |
|||||
|
е |
|
λm = |
в |
, |
|
|
Т |
|||
где в = 2,9·10-3 м·К.
66
5. |
Повторить опыт с большего расстояния 10 см, уменьшая тем самым |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ка |
|
|
|
температуру равновесного излучения; вычислить длину волны, |
||||||||||||||||
|
|
соответствующую максимальной плотности энергетической светимости |
||||||||||||||||
|
|
для более низкой Т. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|||
|
№ п/п |
|
Ратм (Па) |
|
Т0 (К) |
|
∆р (Па) |
|
Т (К) |
|
λm (м) |
|
r (см) |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
о |
т |
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
6. |
Результаты занести в таблицу. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
7. |
Провести анализ полученных результатов. Сделать вывод. |
|
|
|
|
|
||||||||||||
1)Какое излучение считается тепловым? и б
2)Какие величины количественно характеризуют тепловое излучение?
3)Какое тело называется черным, серым?б
4)В чем суть закона Кирхгофа?
5)Почему открытые окна со стороны улицы кажутся черными, хотя в комнате достаточно светло? ая
6)В чем суть закона Стефана-Больцмана, закона смещения Вина?лн
|
|
|
|
т |
р |
о |
н |
|
|
|
к |
|
|||
|
|
е |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
|
л |
|
|
|
|
||
Э |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
67
|
|
|
|
|
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10 |
|
|
|
|||||||||
|
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ФОТОЭЛЕМЕНТОВ С ВНЕШНИМ И |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
ВНУТРЕННИМ ФОТОЭФФЕКТОМ |
|
е |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Цель работы: ознакомление с явлением внешнего и внутреннего фотоэфф кта, |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
получение вольтамперной, световой характеристик фотоэл ментовка |
|||||||||||||||
|
|
|
и определение их интегральной и спектральной чувстви ельности |
|||||||||||||||
Приборы и принадлежности: |
I. Вакуумный |
|
|
|
о |
2. |
Вентильный |
|||||||||||
фотоэлемент, |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
фотоэлемент (или люксметр), 3. Люксметр, 4. Установка для |
|||||||||||||||
|
|
|
исследования свойств фотоэлементов |
л |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
Отрыв электронов от атомов под воздействием света называется |
|||||||||||||||||
фотоэффектом. |
|
|
|
|
|
б |
|
|
внутреннийб |
|
|
|
||||||
|
Различают два вида фотоэффекта: внешн й |
|
. |
|
|
|||||||||||||
|
Если электроны выходят за пределы освещаемого вещества (полное |
|||||||||||||||||
освобождение электронов), то фотоэффект называется внешним. Он был |
||||||||||||||||||
открыт в 1887 г. Герцем и подробно исследован в 1888 г. А.Г. Столетовым. |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если же электроны теряют связь только со своими атомами и молекулами, |
|||||||||||||||||
но остается внутри освещаемого вещества в качестве свободных электронов, то |
||||||||||||||||||
такой фотоэффект называется внутренним. Он был открыт в 1873 г. У. Смитом. |
||||||||||||||||||
|
Внешний фотоэффект н блюд ется у металлов. Принципиальная схема, с |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
помощью которой исследов лся внешний фотоэффект, изображена на |
||||||||||||||||||
рисунке 1. |
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
о |
|
K |
|
A |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
Ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
т |
|
|
|
П |
V |
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Э |
л |
е |
|
|
|
|
|
|
- |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Оба электрода (катод и анод) помещены в стеклянный сосуд, из которого выкачан воздух. Электрическая цепь оказывается разомкнутой, ток в ней отсутствует. При освещении катода «К» свет вырывает из него электроны,
которые идут к сетчатому аноду «А» и замыкают цепь. |
|
|
|
|
|||
Гальванометр G фиксирует фототок. |
|
|
|
|
|
|
|
Экспериментальные исследования, выполненные Столетовым, |
привели к |
||||||
установлению следующих основных законов внешнего фотоэфф кта. |
ка |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Фотоэффект безинерционеи, т.е. электроны испускаются почти сразу после |
|||||||
начала облучения (10 с — время поглощения фотона). |
|
о |
е |
|
|||
2.Число фотоэлектронов, вылетающих в единицу времени с единицы |
|||||||
|
|
|
|
и |
|
|
|
поверхности, т.е. сила фототока, возникающего прит |
освещении |
||||||
монохроматическим светом, пропорциональна |
л |
интенсивн сти света, |
|||||
определяемой числом квантов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.Скорость фотоэлекгронов, а, следовательно, |
х энерг я не зависит от |
||||||
|
|
б |
|
|
|
|
|
интенсивности света, т.к. электрон приобретает энергию только от одного |
|||||||
кванта. |
и |
|
|
|
|
|
|
4.Скорость фотоэлектронов изменяется с изменением частоты падающего |
|||||||
света. С увеличением частоты увеличивается энергия квантов, поэтому
растет и скорость фотоэлектронов. |
б |
5.Однако, не всякий поглощенный квант освобождает электрон. Если частота ν такова, что h∙ ν <A (где h∙v - энергия фотона, А - работа выхода
электрона из |
металла), то |
электроны не |
удут |
вылетать из вещества. Та |
наименьшая |
частота ν0 |
ая |
в |
данном веществе впервые |
, при которой |
обнаруживается явление фотоэлектрического эффекта, называется порогом фотоэффекта.
|
Длину |
волны |
λ0, |
соответствующую частоте ν0 , называют красной |
||||
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
границей фотоэффекта. Освещение вещества лучами с длиной волны, |
||||||||
большей λ0 , не вызывает фотоэффекта. Красная граница фотоэффекта для |
||||||||
большинства веществ |
н |
|
|
|
|
|||
аходится в ультрафиолетовой части спектра. Для |
||||||||
щелочных металлов (Na, К, Rb, Сs), обладающих малыми энергиями связи |
||||||||
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
электрона в атоме, крас ая граница лежит в видимой части спектра. |
||||||||
|
Электромагнитная те рия света, согласно которой свет распространяется |
|||||||
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
в виде непрерывных м нохроматических волн, не может объяснить всех |
||||||||
закономерностей фотоэффекта. Сущность фотоэффекта объясняет квантовая |
||||||||
теория излучения. |
|
|
|
|
|
|
||
|
к |
|
еории электромагнитное излучение имеет двойственную |
|||||
|
По кван овой |
|||||||
корпускулярно-волновую природу. С одной стороны, оно обладает |
||||||||
волновыми |
тсвойствами, |
|
обуславливающими |
явления |
интерференции, |
|||
дифракции, поляризации, а с другой стороны, представляет собой поток |
||||||||
частиц - фотонов. |
|
|
|
|
|
|
||
Э |
Фотоны - это кванты электромагнитного излучения, понятие которых |
|||||||
ввел ве1905 году Эйнштейн, развив гипотезу Планка о квантах. |
||||||||
|
Эйнштейн предположил, что свет не только излучается, но и |
|||||||
распространяетсял |
в пространстве и поглощается веществом в виде отдельных |
|||||||
порций энергии - квантов |
электромагнитного |
излучения |
- фотонов. Для |
|||||
|
|
|
|
|
|
69 |
|
|
монохроматического излучения с частотой v все фотоны обладают
ν– частота света. е ка
Сквантовой точки зрения, при падении пучка фотонов натпов рхность металла происходит взаимодействие последних с электронамиоме алла; фотон отдает электрону всю свою энергию h∙ ν. Эта энергия идет на о, чтобы вырвать электрон из металла и сообщить электрону кинетическую энергиюи .
В соответствии с законом сохранения энергии уравнение для внешнего фотоэффекта будет иметь вид: лб
А- работа выхода электрона из металла ( м н мальное значение энергии,
необходимой для вфхода электрона из металла); |
||
|
|
и |
- кинетическая энергия вылетевших из металла электронов; |
||
m, – масса и скорость электронов. |
б |
|
|
|
|
Это уравнение, предложенное Эйнштейном, называется уравнением
Эйнштейна. |
|
|
|
|
|
Для порога фотоэффекта имеем: |
|
||||
|
|
|
н |
ая |
, т.к. |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
т.е. вышедший электр н будет обладать нулевой скоростью. |
|||||
|
|
н |
|
|
|
Рассмотренное ранее явление испускания электронов под воздействием |
|||||
света называется внешним фотоэффектом. |
|||||
|
о |
|
|
|
|
Внутренний фотоэффект возникает при облучении светом полупроводников |
|||||
или диэлектриков. Освобожденные под влиянием света от связи с атомом |
|
к |
р |
электроны не покидают пределы тела, а оставаясь внутри этих тел, |
|||||||||
увеличивают |
тих электропроводность за счет возрастания в теле числа |
||||||||
свободных носителей тока – электронов и дырок. |
|
|
|||||||
|
Эл ктрон, поглощая квант света, не вылетает из тела , а переходит лишь в |
||||||||
бо ее |
свободное |
состояние. |
В |
результате |
чего |
увеличивается |
|||
Э |
|
|
|
|
тела. |
|
|
|
|
э ектропроводностье |
|
|
|
|
|||||
|
Примером полупроводника, в котором происходит изменение |
||||||||
сопротивлениял |
под влиянием освещения, является селен. |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
70 |
|
|
|