11. Внешний фотоэффект. Уравнение Эйнштейна. Фотоны, их энергия и импульс.
Внешним фотоэффектом называется явление вырывания электронов из вещества под действием падающего на него света.
В 1905 г. для объяснения явления фотоэффекта
Эйнштейн использовал квантовые
представления о свете, введенные в 1900
году Планком, и применил их к поглощению
света веществом. Монохроматическое
световое излучение, падающее на металл,
состоит из фотонов-квантов света с
энергией
.
Электроны поверхностного слоя металла
получают энергию этих фотонов, причем
взаимодействие излучения с веществом
состоит из множества элементарных
взаимодействий, каждое из которых
заключается в том, что один электрон
целиком поглощает энергию одного фотона.
Если энергия фотона W равна или превышает
работу выхода, то электроны вылетают
из металла. При этом часть энергии фотона
тратится на совершение работы выхода
Ав, а остальная часть переходит
в кинетическую энергию фотоэлектрона:
уравнение
Эйнштейна для фотоэффекта.
Это уравнение представляет собой закон сохранения энергии в применении к фотоэффекту
Порция светового излучения - квант света - обладает корпускулярными свойствами и может рассматриваться как элементарная частица, называемая фотоном. Фотоны являются носителями свойств электромагнитного поля. Чем выше частота излучения, тем сильнее проявляются корпускулярные (или квантовые) свойства света.
Световые частицы - фотоны - обладают
энергией
,
где h - постоянная Планка;
-
длина световой волны; v - ее частота; с -
скорость света. Согласно соотношению
Эйнштейна между массой и энергией,
следующему из теории относительности
Масса фотона, определяемая из этих формул, - это масса движущегося фотона, так как в состоянии покоя фотон не существует. Скорость, с которой движется фотон, равна скорости света.
Найдем импульс фотона:
То, что фотон обладает импульсом,
экспериментально подтверждается
открытием светового давления. Если
свет является монохроматическим, то
все фотоны в этом случае имеют одинаковые
энергию, массу и импульс.
Фотоны возникают (излучаются) 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 распадах некоторых частиц и уничтожении пары электрон-позитрон. 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.
Фотоны.
- импульс
- энергетическая освещенность
(поглощающая)
Зеркало:
12. Давление света. Эффект Комптона.
давление света — давление, производимое светом на тела, отражающие или поглощающие свет, частицы, а также отдельные молекулы и атомы.
Эффект Комптона – это рассевание рентгеновского излучения на свободные электроны.
13. Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов. Соотношение неопределенностей.
Экспериментальное обоснование основных идей квантовой теории.
Волновые св-ва света проявляются в следующих явлениях:
-интерференция;-дифракция;-поляризация;-дисперсия.
Давление света объясняется и квантовой, и волновой теорией.
Только квантовая теория объясняет следующие явления:
1)фотоэффект – вырывание электрона;
2)тепловое излучение;
3)комптоновское рассеивание или эффект Комптона;
4)сущ. коротковолновой границы сплошного рентгеновского спектра
Тормозное
eU – работа силы элек.поля
по ускорению электрона
Свет обнаруживает карпускулярно волновой дуализм, т.е. обладает и св-ми частиц и св-ми волн.
Установить связь между волновой и
корпускулярной картинами можно с помощью
статического подхода.
– волновой вектор
dp – вероятность что фотон
попадает в объем dv
Распределение фотона носит статистический характер, а именно квадрат амплитуды волны определяет вероятность попадения фотона в данную точку.
Гипотеза де Бройля. 1923 г.
Корпускулярно волновой дуализм универсален и любые частицы должны обладать волновыми св-ми.
Движущейся частице, обладающей импульсом p, сопоставляется волновой процесс этой длинны волны.
1927г.- экспериментальное обоснование де Бройля
Дэвисон и Джермер получили дифракцию электронов
Микрочастица в двухлучевом интерфероне,
т.е. на движение каждого электрона
оказывают влияние обе щели; электрон
не делим(дискретен); микрочастица
обладает принципиально другими св-ми,
чем макро частица; электроны ведут себя
как частицы(они дискретны) и как волны(есть
интерференция) у электрона нет траектории.
Вывод:если мы знаем координату,то мы не
знаем
Соотношение неопределенностей.Гейзенберг.
Знаем длину волны-> не знаем
координату.
Неопределенность величин:
– момент импульса
- угловая координата
Принцип неопределенности не связан с несовершенством приборов или методом измерений,а это специфика микромира(микрообъектов) так появляется корпускулярно-волновой дуализм.