16. Рентгеновское излучение. Рентгеновская трубка.

Рентгеновское излучение.

Рентге́новское излуче́ние — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10−2 до 103 Å (от 10−12 до 10−7 м)

В 1895 г. немецкий физик В.Рентген обнаружил, что при электрическом разряде в вакуумной трубке возникает невиди­мое для глаз излучение, обладающее высокой проникающей способностью. Излучение вначале было названо Х-лучами, а за­тем получило название рентгеновского. Оно занимает диапазон длин волн от 2∙10^-9 до 6∙10^-12м. Рентгеновские лучи вызывают флуоресценцию некоторых веществ, ионизацию газов, оказы­вают фотохимическое и биологическое воздействие на тела

Рентгеновская трубка

Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц (тормозное излучение), либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов или молекул. Оба эффекта используются в рентгеновских трубках. Основными конструктивными элементами таких трубок являются металлические катод и анод (ранее называвшийся также антикатодом). В рентгеновских трубках электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности электрических потенциалов между анодом и катодом (при этом рентгеновские лучи не испускаются, так как ускорение слишком мало) и ударяются об анод, где происходит их резкое торможение. При этом за счёт тормозного излучения происходит генерация излучения рентгеновского диапазона, и одновременно выбиваются электроны из внутренних электронных оболочек атомов анода. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома. При этом испускается рентгеновское излучение с характерным для материала анода спектром энергий (характеристическое излучение, частоты определяются законом Мозли: где Z — атомный номер элемента анода, A и B — константы для определённого значения главного квантового числа n электронной оболочки). В настоящее время аноды изготавливаются главным образом из керамики, причём та их часть, куда ударяют электроны, — из молибдена или меди.

17.Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Гипотезы Эйнштейна о корпускулярно-волновых свойствах света.

Явление вырывания электронов из вещества под действием света (электромагнитного излучения) называют внешним фотоэффектом.

А.Г.Столетов два года исследовал новое явление и установил следующие закономерности внешнего фотоэффекта:

1. Количество электронов, вырываемых с поверхности металла в секунду, прямо пропорционально интенсивности светового потока Е (количеству энергии падающей со светом за единицу времени на единичную поверхность катода) и не зависит от частоты света.

2. Для каждого вещества существует определенная для данного вещества минимальная частота ₀, при которой еще возможен фотоэффект. Если частота света меньше минимальной частоты, то фотоэффект не происходит (₀ называется «красной границей фотоэффекта», так как для многих металлов ₀ лежит в области красного света.).

3. Максимальная начальная скорость вырываемых электронов определяется частотой света и не зависит от интенсивности падающего светового потока

Закон сохpанения энергии позволяет написать пpостое соотношение, связывающее скоpость фотоэлектpонов с частотой поглощаемого света:

hv=А+E_k,

где hv - энергия, которую отдаёт фотон электрону вещества, А- работа выхода электрона из вещества, E_k = mv²/2 - кинетическая энергия освобождённого электрона. Это уравнение называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Теория Эйнштейна объясняет все законы Столетова.

Первый закон следует из того, что интенсивность света пропорциональна числу фотонов падающих за единицу времени на единичную поверхность, а каждый фотон вырывает примерно один электрон. Поэтому увеличение числа фотонов вызывает возрастание числа испущенных в единицу времени электронов. При этом в эксперименте с фотоэлементом, сила фототока пропорциональна интенсивности поглощённого света, то есть числу фотонов, способных выбить электроны из вещества.

Также становится ясно, что фотоэффект могут вызывать только фотоны соответствующие свету достаточно высокой частоты. Если h < A, то энергии фотона не хватит на вырывание электронов и они из поверхности металла не испускаются. Это означает, что фотоэффект будет происходить только при h > A, т.е. существует некоторая минимальная частота ₀ = A/h, при которой начинается это явление (или граничная частота фотоэффекта).

Из формулы Эйнштейна следует также третий закон Столетова, так как видно что, максимальная начальная скорость электронов зависит только от частоты  и материала катода (А). Увеличение интенсивности света вызывает лишь возрастание числа испущенных в единицу времени электронов, но не влияет на их энергию.

Опыты по экспериментальной проверке уравнения Эйнштейна были проведены Милликеном на установке подобной установке Столетова. Метод Милликена заключается в исследовании зависимости значения задерживающего потенциала U_з от частоты света и его интенсивности. Испущенные электроны с энергией E_k = h - А движутся к аноду, если потенциал U_з такой, что eU_з > E_k, то ни один из электронов не может достичь коллектора и фототок исчезает, что позволяет измерить U_з. Согласно Эйнштейну, U_з = (h - А)/e и не зависит от интенсивности света. Эксперименты подтвердили все выводы теории Эйнштейна и позволили найти величину h, которая совпала с величиной постоянной Планка. Этот эксперимент подтвердил два предположения: