10.4 Фотоэффект

Фотоэффект – освобождение электронов от связи с атомами и молекулами вещества под действием света и ультрафиолетового излучения. Если электроны вылетают за пределы вещества, то эффект называется внешним (открыт Г. Герцем в 1887г. И исследован А.Г. Столетовым в 1888г.). Если же под действием света увеличивается электропроводимость вещества, то эффект называется внутренним (1873 год, американский физик У. Смит).

Схема, с помощью которой исследовался внешний фотоэффект представлена на рис. 81. Было установлено три закона внешнего фотоэффекта:

1. Фототок насыщения прямо пропорционален световому потоку

,

где к – фоточувствительность поверхности катода (мкА/лм).

2. Скорость вылетевших электронов зависит от частоты падающего на фотокатод света и не зависит от его интенсивности.

3. Фотоэффект начинается только при достижении определенной (для данного материала) минимальной частоты света, называемой красной границей фотоэффекта.

Рис.81

Эти законы хорошо объясняются на основе уравнения А. Эйнштейна для фотоэффекта (1905г.)

, (176)

где А_вых – работа, которую совершает электрон при выходе из материала.

Внешний фотоэффект типичен для металлов, а внутренний для полупроводников.

Они используются при создании датчиков освещенности, в люксметрах и телеавтоматизации различных процессов. Фотоэффект применяется также для непосредственного преобразования световой энергии в электрическую с помощью вентильных фотоэлементов, обладающих чувствительностью до 30 мА/лм при коэффициенте полезного действия до 12-15%.

10.5 Строение атомного ядра

Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, связанных между собой ядерными силами. Эти силы действуют на малых расстояниях (10^-15 м) и являются особыми силами (не гравитационного и не электрического происхождения). Протон имеет положительный заряд равный по величине заряду электрона и массу 1,6710^-27 кг., нейтрон заряда не имеет. Его масса 1,6810^-27 кг, то есть несколько больше массы протона. Эти частицы называются нуклонами.

Обычно массу ядер и элементарных частиц выражают в атомных единицах массы (а.е.м.). 1 а.е.м. = 1,6610^-27 кг.

Заряд ядра равен атомному номеру элемента и, следовательно, числу протонов

. (177)

Масса ядра равна сумме масс протонов и нейтронов, входящих в ядро и определяет массовое число атома

или . (178)

Отсюда число нейтронов в ядре

. (179)

Итак массовое число А и атомный номер Z позволяют определить число протонов и нейтронов в ядре. Например, ядро атома гелия ₂⁴Не - состоит из двух протонов и двух нейтронов.

Встречаются атомы, ядра которых, состоят из одинакового числа протонов, но содержат разное количество нейтронов. Такие атомы называются изотопами.

Изотопы имеют практически все элементы таблицы Менделеева, и большинство химических элементов представляют собой смесь изотопов. Так, например, водород имеет четыре изотопа – протий, дейтерий, тритий и черытехнуклонный водород. Электронные оболочки изотопов одинаковы.