Фотоэффект

Внешним фотоэффектом называется испускание электронов с поверхности металлов под действием света. Фотоэффект объясняется взаимодействием фотонов со свободными электронами металлов.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:

= + , (8)

где А_вых – работа выхода электрона из металла (табличная величина);

– максимальная кинетическая энергия электрона.

Из уравнения (8) следует, что фотоэффект возможен только при условии

A_вых , или

, (9)

где ₀ называется красной границей фотоэффекта.

Для торможения вылетающих электронов необходимо приложить задерживающее напряжение U_з , которое можно найти из условия

m_m²/2 = eU₃ , (10)

где e – заряд электрона.

Давление света

Тот факт, что свет оказывает давление на поверхность, на которую он падает, просто объясняется передачей фотонами этой поверхности некоторого импульса. Тогда формула для светового давления имеет вид

P = w(1+) , (11)

где w – объемная плотность энергии излучения, падающего на тело,  – коэффициент отражения. w можно представить как w = I/c. Здесь I – интенсивность падающего света (плотность потока энергии излучения), с – скорость света.

Тормозное рентгеновское излучение

Рентгеновские лучи возникают при бомбардировке быстрыми электронами твердых мишеней (анода рентгеновской трубки). Появляющееся при этом так называемое тормозное излучение имеет сплошной спектр с четко выраженной коротковолновой границей. Существование коротковолновой границы вытекает из квантовой природы излучения.

, (12)

где – энергия фотона, eU – энергия электрона, теряемая при торможении.

Из выражения (12) следует, что частота излучения не может превысить значения _max = eU/ , а длина волны не может быть меньше значения

. (13)

Эффект Комптона

Квантовые свойства света особенно отчетливо проявляются в эффекте Комптона. Комптон, исследуя рассеяние рентгеновских лучей различными веществами, обнаружил, что в рассеянных лучах наряду с излучением первоначальной длины волны  содержатся также лучи большей длины волны . Разность = оказалась зависящей только от угла , образуемого направлением рассеянного пучка с направлением первичного пучка. От длины волны  и от природы рассеивающего вещества  не зависит.

Данный эффект можно объяснить, рассматривая рассеяние как процесс упругого столкновения рентгеновских фотонов с практически свободными электронами вещества.



hk’

mV

hk

Рис.2

При этом выполняются закон сохранения импульса (рис. 2)

, (14)

где – импульс фотона до столкновения,

– импульс фотона после столкновения,

– импульс электрона после столкновения,

и закон сохранения энергии

, (15)

где – энергия фотона до столкновения, m₀c² – энергия покоя электрона, – энергия фотона после столкновения, mc² – полная энергия электрона после столкновения.

Совместно решая уравнения (14) и (15) получим

 = _c(1 – cos) , (16)

где – комптоновская длина волны электрона.