11) Фотоэлектрический эффект (внешний, внутренний). Законы Столетова для фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.

12) Корпускулярные свойства излучения. Фотоны. Энергия, импульс, масса фотона.

13) Модель атома Бора. Постулаты Бора. Опыт Франка - Герца.

14) Состав ядра: протоны и нейтроны. Основные характеристики нуклонов и ядер. Изотопы.

15) Понятие о ядерных силах. Масса и энергия связи в ядре.

16) Сущность явления радиоактивности. Типы радиоактивного распада.

17) Закон радиоактивного распада. Период полураспада.

Внешний Ф. Э. — испускание электронов телами, на которые падают световые, рентгеновские или гамма-лучи. Внутренний Ф. Э. — изменение электропроводимости некоторых тел (напр. селена) под влиянием освещения.

Электрический процесс, происходящий в веществе в результате поглощения температурной радиации. Ф. Э. называется внешним, если в результате поглощения фотона происходит эмиссия (выход) возбужденного электрона за пределы облучаемого вещества. При внутреннем Ф. Э., называемом фотопроводимостью, полного освобождения электрона не происходит, но электропроводность вещества резко возрастает. Внешний Ф. Э. в твердых телах приводит к возникновению электродвижущей силы внутри облучаемого объема. Внутренний Ф. Э. проявляется вблизи граничного слоя между двумя полупроводниками или полупроводником и металлом.

уравнение Эйнштейнадля фотоэффекта. Поглощая фотон сэнергиейhv, электрон затрачивает ее на работу А выхода с кинетической энергиейЕ_кин=½mv²=hv- А_вых. Работа выходаравна энергии связи электрона с веществом, ионами решетки металлов, растет от1.9 эВ цезия и 2.2 эВ калия до 3.7 цинка, 5.3 эв платины и ртути. Онааналогична энергии ионизации и связи шарика в потенциальной яме (силы тяжести)с Е_кин=½mv²=Е-mgH, гдеH– высота барьера,определяет и задерживающее напряжение Е_к-мах=eU_з.Красная граница фотоэффекта означает электроны со скоростью Е_кин=½mv²=hv- А_вых>0, с hv_мин=Е=hc/λ_кр=А_выхилиλ_кр=hс/А_вых. Для названных металлов v_минрастет 460 до 13 ТГц, сλ_крот 650 до 230 нм, от красного до УФсвета.

Столетов сформулировал три эмпирических закона:

1. Фототок, возникающий при освещении отрицательного электрода светом фиксированной длины волны, пропорционален интенсивности света и площади электрода.

2. Максимальная кинетическая энергия носителей фототока линейно зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности.

3. Фотоэффект имеет место, если частота падающего света больше некоторой пороговой частоты , зависящей только от материала катода. Данная пороговая частота называется красной границей фотоэффекта.

12) Корпускулярные свойства излучения. Фотоны. Энергия, импульс, масса фотона.

Масса и импульс фотона. Давление света

 

Согласно гипотезе световых квантов Эйнштейна, свет испускается, поглощается и распространяется дискретными порциями (квантами), названными фотонами. Энергия фотона E₀=hv. Его масса находится из закона взаимосвязи массы и энергии (см. (40.8)):

                                              (205.1)

Фотон - элементарная частица, которая всегда (в любой среде!) движется со скоростью света с и имеет массу покоя, равную нулю. Следовательно, масса фотона отличается от массы таких элементарных частиц, как электрон, протон и нейтрон, которые обладают отличной от нуля массой покоя и могут находиться в состоянии покоя.

Импульс фотона р_ получим, если в общей формуле (40.7) теории относительности положим массу покоя фотона m_0 = 0:

                                        (205.2)

Из приведенных рассуждений следует, что фотон, как и любая другая частица, характеризуется энергией, массой и импульсом. Выражения (205.1), (205.2) и (200.2) связывают корпускулярные характеристики фотона - массу, импульс и энергию - с волновой характеристикой света - его частотой v.

Если фотоны обладают импульсом, то свет, падающий на тело, должен оказывать на него давление. Согласно квантовой теории, давление света на поверхность обусловлено тем, что каждый фотон при соударении с поверхностью передает ей свой импульс.

Рассчитаем с точки зрения квантовой теории световое давление, оказываемое на поверхность тела потоком монохроматического излучения (частота v), падающего перпендикулярно поверхности. Если в единицу времени на единицу площади поверхности тела падает N фотонов, то при коэффициенте отражения света от поверхности тела N фотонов отразится, a (l - )N - поглотится. Каждый поглощенный фотон передает поверхности импульс р_ = hv/c, а каждый отраженный - 2 р_ = 2hv/c (при отражении импульс фотона изменяется на - р_). Давление света на поверхность равно импульсу, который передают поверхности в 1 с N фотонов:

 

 Nhv = E_e есть энергия всех фотонов, падающих на единицу поверхности в единицу времени, т.e. энергетическая освещенность поверхности (см. § 168), a

E_e/c = w - объемная плотность энергии излучения. Поэтому давление, производимое светом при нормальном падении на поверхность,

                       (205.3)

Формула (205.3), выведенная на основе квантовых представлений, совпадает с выражением, получаемым из электромагнитной (волновой) теории Максвелла (см. § 163). Таким образом, давление света одинаково успешно объясняется и волновой, и квантовой теорией. Как уже говорилось (см. § 163), экспериментальное доказательство существования светового давления на твердые тела и газы дано в опытах П. Н. Лебедева, сыгравших в свое время большую роль в утверждении теории Максвелла. Лебедев использовал легкий подвес на тонкой нити, по краям которого прикреплены легкие крылышки, одни из которых зачернены, а поверхности других зеркальные. Для исключения конвекции и радиометрического эффекта (см. § 49) использовалась подвижная система зеркал, позволяющая направлять свет на обе поверхности крылышек, подвес помещался в откачанный баллон, крылышки подбирались очень тонкими (чтобы температура обеих поверхностей была одинакова). Световое давление на крылышки определялось по углу закручивания нити подвеса и совпадало с теоретически рассчитанным. В частности оказалось, что давление света на зеркальную поверхность вдвое больше, чем на зачерненную (см. (205.3)).

 

Рассмотренные в этой главе явления - излучение черного тела, фотоэффект, эффект Комптона - служат доказательством квантовых (корпускулярных) представлении о свете как о потоке фотонов. С другой стороны, такие явления, как интерференция, дифракция и поляризация света, убедительно подтверждают волновую (электромагнитную) природу света. Наконец, давление и преломление света объясняются как волновой так и квантовой теориями. Таким образом, электромагнитное излучение обнаруживает удивительное единство, казалось бы, взаимоисключающих свойств -непрерывных (волны) и дискретных (фотоны), которые взаимно дополняют друг друга. Основные уравнения (см. § 205), связывающие корпускулярные свойства электромагнитного излучения (энергия и импульс фотона) с волновыми свойствами (частота или длина волны):