Внешний фотоэффект, его наблюдение и законы

Изменяя количество пластинок в стопке и глубину опускания оптического клина, можно регулировать мощность импульса.

Наблюдатель фиксирует световые импульсы за оптическим клином. Предварительно подбирается такая мощность импульса, чтобы наблюдения проводились на пороге зрительного ощущения. Чтобы свет от источника попадал в глаз, используется подсветка оптического клина красным светом с помощью специальной оптической системы.

Был открыт Герцем в 1887г., изучен Столетовым в 19 в.

Фотоэффект - явление вырывания электронов с поверхности металла под действием падающего света.

Столетов исследовал фотоэффект на установке:

Рис.11-1

U – анод – катод, I - фототок

Рис.11-2

На основании своих опытов он пришел к выводам:

1)наибольшее действие оказывают ультрафиолетовые лучи;

2) сила тока возрастает с увеличением освещенности пластины;

3) испускаемые под действием света заряды имеют отрицательный знак.

Экспериментальные законы фотоэффекта.

1.Максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности.

2.Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота , при которой еще возможен фотоэффект (зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности).

3.Число фотоэлектронов, вырываемых из анода за единицу времени, пропорционально интенсивности света (фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности катода).

Установленные зависимости ф-та не укладываются в рамки классических представлений. Возникли вопросы:

Кинетическая энергия, с которой вырывается электрон из металла, должна была бы зависеть от интенсивности падающего света, так как с увеличением последней электрону бы передавалась бы большая энергия. однако этот вывод противоречит 2 закону фотоэффекта.

Так, как по волновой теории, энергия, передаваемая электронам, пропорциональна интенсивности света, то свет любой частоты, но достаточно большой интенсивности должен был бы вырывать электроны из металла: т.е. красной границы фотоэффекта не должно быть, что противоречит 3 з-ну фотоэффекта.

Кроме того, волновая теория не смогла объяснить безинерционность фотоэффекта, установленную опытами. Фотоэффект необъясним с точки зрения волновой теории света.

Многие законы не могли объяснить, т.к. не был открыт электрон. Но вскоре Эйнштейн выдвигает гипотезу, что свет испускается порциями (квантами), но и поглощается порциями.

Согласно Эйнштейну энергия, полученная электроном, доставляется ему в виде кванта hν, который полностью поглощается. Часть этой энергии, равная работе выхода А, затрачивается на то, чтобы электрон мог покинуть тело. Если электрон освобождается светом не у самой поверхности, а на глубине, то часть энергии, равная Е₁, может быть потеряна вследствие случайных столкновений веществе. Остаток энергии образует кинетическую энергию Е_кин. По закону сохранения энергии должно выполнятся соотношение:

hν = mv²/2 +A, (11-1)

которое называется формулой Эйнштейна.

Внутренний фотоэффект. При таком фотоэффекте оптически возбужденные электроны остаются внутри освещенного тела, не нарушая нейтральности последнего. При этом в веществе изменяется концентрация носителей заряда или их подвижность, что приводит к изменению электрических свойств вещества под действием падающего на него света.

Механизм – часть электронов, получивших энергию фотона, переходит из запрещенной зоны в зону проводимости.

Применение: фотоэлементы (вакуумные, полупроводниковые и др.), фотоумножители (применяются в электронно-оптических преобразователях, в качестве детекторов ядерных излучений, в устройствах сигнализации и автоматики).

Дата добавления: 2014-01-15