43. Гипотеза Эйнштейна о фотонах. Опыт Боте. Энергия и импульс фотона. Корпускулярно-волновой дуализм свойств света.

Фотоэффект объясняется на основе гипотезы Эйнштейна. Падающее монохроматическое излучение σ есть поток фотонов с энергией:

Фотон взаимодействует с электроном и обменивается с ним энергией и импульсом. Фотоэффект возникает при неупругом столкновении фотона и электрона. Фототок в результате поглощается, а его энергия передаётся электрону. В связи с чем, электрон приобретает кинетическую энергию не постепенно, а сразу в результате одного акта столкновения. Чем и объясняется безинерциальность эффекта. Каждый фотон поглощает только один электрон.

Энергия распределяется на процессы столкновения электрона с другими электронами, с атомом вещества и на работу выхода электрона с поверхности метала. Кинетическая энергия будет мах если её производная равна нулю.

- Формула Эйнштейна.

Если , то ⟹ объяснение кр. границы. ;

При больших интенсивностях наблюдается многофотонный фотоэффект: N- число фотонов. N∼2-7.

Внешний фотоэффект используется в фотоэлементах, фотоэлектронных умножителях. Внутренний фотоэффект наблюдается во внешних полупроводниковых диэлектриках.

Концентрация носителей тока при облучении таких веществ увеличивается и возникает:

1)Фотопроводимость, т.е. повышение электрической проводимости тока под действием света. Применение: фото регистры.

2)Вентильный фотоэлемент – возникновение фото ЭДС при освещении катода 2х различных полупроводников или полупроводников и металла. Применение: в фотоэлементах с запирающим слоем, в солнечных батареях.

Замечание: Иногда говорят о ядерных фотоэлементах.

3) Ядерный фотоэлемент – поглощение коротковолнового излучения (рентгеновского или гамма) ядрами атомов поглощающих, в результате чего наблюдается вылет.

Опыт Боте и импульс фотона. (рис)

Сказывается, что если бы излучение осуществлялось непрерывно, то картинки были бы симметричны. В остальных актах испускания возникают кванты излучения (фотоны), которые летят то в одном, то в другом направлении.

1)Свет – это поток фотонов с энергией:

2)Свет распространяется со скоростью света, следовательно, скорость фотона равна скорости света. Не существует системы отсчёта, в которой бы фотон покоился.

- релятивистская масса. -инвариантная теор. относительности.

- импульс фотона.

- волновое число. - импульс фотона.

– энергия фотона. ω,к- характеризуют волновые свойства вещества, а энергия и импульс корпускулярные свойства.

Корпускулярно волновой дуализм света.

Интерференция, дифракция, поляризация свидетельствуют о волновой природе света.

Тепловое излучение, фотоэффект, эффект Комптона, рентгеновского спектра есть проявление квантовых и дискретных свойств света, где свет – это поток фотонов.

Чем больше длинна волны, тем меньше проявляют себя корпускулярные свойства (энергия и импульс), тем труднее обнаружить квантовые. И тем меньше λ, тем больше проявляют себя энергия и импульс фотона, тем труднее определить волновые свойства (дифракция рентгеновских лучей) т.о. свет обнаруживает действительность свойств, т.е. корпускулярный волновой дуализм.

Замечание: Опыты по дифракции отдельных фотонов, присущи и отдельному фотону, отсюда и следует, что фотон - квантовый объект, который нельзя представить с помощью классических образов. (РИС)