Вопрос №31 Фотоэлектрический эффект.
Внешним фотоэффектом называется вырывание электронов с поверхности металла или жидкости под действием света.
П
окажем
на рисунке установку для изучения
внешнего фотоэффекта
Напряжение между электродами, при котором прекращается фототок, называется задерживающим. Величина задерживающего напряжения зависит от максимальной кинетической энергии фотоэлектронов. Из закона сохранения энергии следует, что уменьшение кинетической энергии фотоэлектронов равно работе сил электрического поля.
, (6.79)
где
– максимальная скорость одного электрона,
e – заряд одного электрона,
m – масса одного электрона.
Измеряя задерживающее
напряжение
,
можно найти максимальную кинетическую
энергию вылетающих электронов.
Законы фотоэффекта были впервые исследованы русским ученым Столетовым.
Первый закон фотоэффекта:
Количество электронов, вырванных светом с поверхности металла в единицу времени (сила фототока насыщения), прямо пропорционально падающему световому потоку, то есть интенсивности падающего света.
Второй закон фотоэффекта:
Скорость, а следовательно и энергия вылетающих электронов, не зависит от интенсивности падающего света и определяется его частотой.
З
ависимость
задерживающего напряжения
,
пропорционального энергии вылетающих
из металлов электронов, от частоты света
имеет следующий вид
Вопрос№32 С помощью уравнения Эйнштейна можно объяснить оба закона внешнего фотоэффекта. Световой поток определяется числом квантов света, падающих на поверхность в единицу времени, а число вырванных электронов пропорционально числу падающих квантов. Поэтому величина фототока насыщения пропорциональна световому потоку, что и составляет суть первого закона фотоэффекта. Из уравнения Эйнштейна также видно, что кинетическая энергия вылетающих электронов линейно зависит от частоты света, что и утверждает второй закон фотоэффекта. Лишь малая часть квантов передает свою энергию электронам, остальная расходуются на нагревание поверхности металла.
По мере уменьшения
частоты падающего света кинетическая
энергия фотоэлектронов уменьшается, и
при некоторой частоте
скорость оказывается
равной нулю. При этом энергия светового
кванта равна работе выхода электрона
из данного металла:
.
Частота
называется граничной
частотой,
или красной
границей фотоэффекта.
Многофотонным называется фотоэффект, в котором фотоэлектроны приобретают энергию не одного, а нескольких фотонов. Уравнение многофотонного фотоэффекта имеет вид:
, (6.82)
где N – число фотонов, которое поглощает один электрон.
Внутренним фотоэффектом (фотопроводимостью) называется увеличение проводимости вещества под действием света.
Вопрос№33 Совокупность сведений о фотоэффекте свидетельствует в пользу представления о световых квантах. Элементарные световые частицы называются фотонами.
Фотон – это квант электромагнитного поля.
Выражение для массы фотона можно получить из формул теории относительности:
Масса фотона
равна: 
(6.83)
Импульс фотона
равен: 
Энергия фотона равна: (6.84)
Вопрос №34 Э
ффект
Комптона
состоит в изменении длины волны
рентгеновских лучей при их рассеянии
на свободных или слабо связанных с
атомами электронах. Покажем на рисунке
схему установки для изучения эффекта
Комптона
В квантовой теории эффект Комптона рассматривается как результат упругого столкновения двух частиц: налетающего фотона и покоящегося электрона. Покажем на рисунке схему столкновения этих частиц (рис. 6.50).
П
ри
каждом столкновении соблюдаются законы
сохранения импульса и энергии. Фотон
передает часть своей энергии и импульса
электрону и изменяет направление
движения, то есть рассеивается, а
уменьшение энергии фотона и означает
увеличение длины волны рассеянного
излучения.
Совместное решение
уравнений, выражающих эти законы,
приводит к следующей формуле для
изменения длины электромагнитной волны
:
, (6.85)
где h – постоянная Планка,
– угол рассеяния,
m – масса одного электрона,
c – скорость света в вакууме.