Краткое содержание школьного курса физики Квантовая физика Санкт-Петербург

2000 г.

Краткое содержание школьного курса физики – Квантовая физика.

Составлял, набирал и редактировал Ерофеев Павел Владимирович.

Вопросы, предложения и сообщения об ошибках или неточностях отправляйте на pashon@mail.ru

Электронную версию в формате Microsoft Word 97 можно найти на моем сайте по адресу www.pashon.newmail.ru

© 2000 Pashon’s SOFT Laboratory

Распечатано 12.05.2000 г.

Световые кванты Фотоэффект и его законы

Явление фотоэффекта заключается в вырывании электронов с поверхности металла при его облучении светом (внешний фотоэффект).

Фотоэффект можно обнаружить с помощью следующего прибора:

Законы фотоэффекта:

1. Увеличение мощности источника света (светового потока, падающего на фотокатод) без изменения спектрального состава света вызовет увеличение тока насыщения.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от мощности светового потока, падающего на фотокатод, но зависит от спектрального состава света.

3. Если изменять спектральный состав падающего на фотокатод света, то можно дойти до так называемой красной границы фотоэффекта – такой длины волны света, при которой еще наблюдается фотоэффект.

4. Фотоэффект практически безинерционен.

Рассмотрим график зависимости силы фототока I_ф от разности потенциалов между анодом и фотокадодом U, где U_з – запирающая разность потенциалов.

Зная задерживающую разность потенциалов, можно определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов:

Постоянная Планка. Кванты света

Согласно Максу Планку, атомы испускают энергию отдельными порциями – квантами. Энергия каждого кванта прямо пропорциональна частоте излучения:

, где  – частота излучения, h – постоянная Планка, равная

При испускании и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц. Свойства света, обнаруживаемые при излучении и поглощении, называют корпускулярными. Частица света была названа фотоном или квантом электромагнитного излучения.

Фотон не имеет массы покоя, т.е. в состоянии покоя не существует. Энергия фотона: . Импульс фотона: , направлен по световому лучу.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

А. Эйнштейн считал, что свет распространяется, поглощается и излучается отдельными порциями (квантовыми частицами). Он применил идею Макса Планка (энергия излучается и поглощается в виде квантов энергии) к фотоэффекту. Уравнение фотоэффекта представляет собой закон сохранения энергии: одни фотон с энергией h полностью поглощается (рассеивается) одним электроном.

, где A – работа выхода – характеристика фотокатода. , .

Красная граница фотоэффекта: (вся энергия фотона идет на совершение электроном работы выхода).

Построим график зависимости кинетической энергии фотоэлектронов от частоты падающего света:

Применение фотоэффекта в технике

Фотоэлементы: вакуумные (внешний фотоэффект), полупроводниковые (внутренний фотоэффект – при освещении полупроводникового кристалла в результате поглощения света происходит изменение распределения электронов и дырок по энергиям; в результате увеличивается количество свободных электронов и дырок в полупроводнике). Под действием светового потока в фотоэлементе возникает электрический ток. Таким образом фотоэлементы используются для преобразования световой энергии в электрическую.

Фотохимические процессы: диссоциации молекул, химические реакции (фотосинтез, фотография).