Вопрос 2. Фотон. Его энергия и импульс.

Порция светового излучения – квант света – обладает корпускулярными свойствами и может рассматриваться как элементарная частица, называемая фотонам. Фотоны являются носителями свойств ЭМП, чем выше частота излучения, тем сильнее проявляется корпускулярные (или квантовые) свойства света.

Световые частицы – фотоны - обладают энергией

(5)

Согласно соотношению Эйнштейна

(6) → = = (7)

Масса фотона определяется из (6)и (7), - это масса движущегося фотона, т.к. в состоянии покоя фотон не существует. Скорость движения фотона равна скорости света м/с. Найдем импульс фотона:

Т.к. ,

то ,

но (8)

То, что экспериментально подтверждено открытием светового давления. Если свет монохроматический, то все фотоны в этом случае имеют одинаковые W, m и р.

Фотоны возникают при переходах атомов, молекул, ионов и атомных ядер из возбужденных энергетических состояний в состояния с меньшей энергией.

Фотоны излучаются также при ускорении и торможении заряженных частиц при расходах некоторых частиц и уничтожении пары электрон – протон.

Процесс поглощения света веществом сводится к тому, что фотоны целиком передают свою энергию частицам вещества. Процесс поглощения света рассматривается в квантовой физике как дискретный и во времени, и в пространстве.

Применение внешнего фотоэффекта в технике

Приборы, в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют фотоэлементами.

Н а внешнем фотоэффекте основан важный физико– технический прибор, называемый вакуумным фотоэлементом (рис. 3).

Катодом – К служит слой металла, нанесенный на внутреннюю поверхность эвакуированного стеклянного баллона В; G – гальванометр; Анод -- А выполнен в виде металлического кольца, помещенного в центральной части баллона. При освещении катода в цепи фотоэлемента возникает электрический ток. Сила которого пропорциональна световому потоку.

Большинство современных фотоэлементов имеет сурьмяно – цезиевые или кислородно – цезиевые катоды, обладающие высокой фото чувствительностью. Кислородно – цезиевые чувствительны к ИК – излучению и видимому свету (к=(20 ) мкА/лм), сурьмяно – цезиевые фотоэлементы чувствительны к видимому и УФ – свету (К= ( ) мкА/лм).

Для увеличения чувствительности фотоэлемента его наполняют аргоном при давлении 1 Па. Фототок в таком фотоэлементе усиливается вследствие ионизации аргона ,вызванной стояк, ношениями фотоэлектронов с атомами аргона. Фото чувствительность газонаполненных фотоэлементов составляет около 1 мА/лм.

Основное техническое применение фотоэлементы находят фототелеграфии (передача изображения на расстояние по проводам), в телевидении и в звуковом кино (для воспроизведения звука). Кроме того, фотоэлементы широко применяются в фотореле. В фотореле использована безынерционность фотоэффекта, т.е. способность фотоэлемента практически мгновенно реагировать на световое воздействие или его изменение. Оно может работать либо при попадании света на элемент, либо при прекращении освещения фотоэлемента. Фотореле может в нужное время включать и выключать уличные фонари в городах, свет маяков, сортировать различные детали по цвету и форме, пускать в ход или останавливать электродвигатели, станки и т.д. Широко применяются фотоэлементы в аэронавигации, в военном деле, чувствительные к ИК – лучам. ИК – лучи не видимы, облака и туман для них прозрачны.

Сочетание фотоэлемента с вторичной электронной эмиссией применяется в фотоэлектронных умножителях (ФЭУ): слабый пучок фотоэлектронов, ускоряясь, попадает на ряд катодов, выбивая из каждого вторичные электроны и лавинообразно усиливаясь. Усиление 9 –каскадного ФЭУ достигает , т.е. на выходе из ФЭУ сила тока в миллион раз превосходит первичный ток.