- •2. Сложение однонаправленных колебаний. Векторные диаграммы. Биения.
- •8. Затухающие колебания колебательного контура. Дифференциальное уравнение и его решение. Характеристики колебаний. Энергия колебаний. Добротность.
- •Дифференциальное уравнение осциллятора с трением
- •Затухающие колебания и их характеристики
- •14. Волновое уравнение для поперечных упругих волн на непрерывной струне. Фазовая и групповая скорости волн на струне.
- •20. Импеданс среды для электромагнитных волн. Электромагнитные волны на границе раздела сред.
- •26. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля.
- •32. Фотоэффект и его закономерности. Формула Эйнштейна. Фотоны.
- •38. Частица в одномерной бесконечной прямоугольной яме. Квантование состояний.
- •44. Образование молекул. Ковалентная и ионная связь.
32. Фотоэффект и его закономерности. Формула Эйнштейна. Фотоны.
В результате исследований было обнаружено, что фотоэффект (или точнее – внешний фотоэффект) состоит в выбивании электронов из вещества под действием падающего на него электромагнитного излучения (наблюдается в металлах, полупроводниках, диэлектриках). Устройство для наблюдения внешнего фотоэффекта изображено на рисунке.
А
К
При постановке данного опыта были зафиксированы следующие факты:
Из катода под действием излучения выбиваются электроны
Существует порог фотоэффекта при частоте излучения
или длине волны λ<λкр когда выполняются данные условия фотоэффект наблюдается при любой интенсивности.
Eелектрона ~ ν (энергия электронов эквивалентна частоте излучения)
фотоэффект полностью безинерциальный
Допустим, что фотоэлемент включен в цепь, изобpажённую на pисунке. Пеpедвигая движок реостата и снимая показания с пpибоpов, можно найти вольт-ампеpную зависимость фотоэлемента. Пpи U = 0 чеpез элемент пpоходит небольшой ток ( ). Под действием света выpываются электpоны, катод заpяжается положительно. Выpванные электpоны вблизи катода создают отpицательно заpяженное облако, из котоpого большая часть электpонов попадает обpатно на катод (катод пpи U = 0 притягивает электроны), а часть электpонов из облака попадает на анод. Они и создают небольшой ток . Если увеличивать напpяжение, то по меpе его роста все большее число электронов за секунду попадает на анод. Ток насыщения опpеделяется тем количеством электронов, которые выpываются в секунду из металла.
К ривая а соответствует меньшей, а кривая b большей освещенности Е катода. Частота света в обоих случаях одинакова. При =0 небольшое число испущенных электронов достигает анода, обладая некоторой начальной скоростью, т.е. кинет энергией. По мере увеличения ускоряющего напряжения фототок возрастает. Пологий характер кривых показывает, что электроны вылетают из катода с разными скоростями. При некотором анодном напряжении все электроны, испускаемые катодом достигают анода- ток насыщения , n-число электронов, испускаемых катодом в секунду. Если изменить знак внешнего напряжения, то Эл, поле будет тормозить электроны и при некотором его значении электроны совсем перестанут достигать анода. Сам факт фотоэффекта возникает из электромагнитной картины излучения. У электронов появляется энергия за счёт раскачки их полем.
Но с точки зрения волновой картины фотоэффект должен обладать инерциальностью. Данное противоречие было разрешено Эйнштейном.
Гипотеза Эйнштейна
Свет не только излучается, но и поглощается в виде порций, квантов.
- энергия кванта
Фотоны, падая на поверхность металла, поникают на очень короткое расстояние в металл и поглощаются нацело отдельными его электронами проводимости. Они сразу же увеличивают свою энергию до значения, достаточного, чтобы преодолеть потенциальный барьер вблизи поверхности металла, и вылетают наружу.
Закон сохранения энергии позволяет написать простое соотношение, связывающее скорость фотоэлектронов с частотой поглощаемого света.
Энергия фотона после поглощения его, с одной стороны, расходуется на преодоление потенциального барьера (эта часть энергии называется работой выхода электрона из металла), а с другой стороны, частично сохраняется у электрона вне металла в виде кинетической энергии. Таким образом, соотношение для энергии таково: , где А - работа выхода электрона. Это соотношение подтверждает тот факт, что энергия фотоэлектронов, действительно, никак не зависит от интенсивности света, а линейно зависит от частоты света.
если меньше, то только нагрев
Кинетическая энергия вылетевших электронов .
т.к. свет излучается и поглощается квантами, то световой поток это всегда поток
квантов (локализованных порций) – фотонов.
Свойства потока (они есть у фотона)
импульс
mo=0 если фотон останавливается то он исчезает.
- релятивистская масса фотона.
Три закона внешнего фотоэффекта:
1.Число фотоэлектронов n, вырываемых из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности света.
2. Максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности.
3. Для каждого вещества существует “красная граница” фотоэффекта, те min частота света, при которой еще возможен фотоэффект. Она зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности.