Объяснение фотоэффекта

С квантовой точки зрения рассеяние света, как и фотоэффект, является результатом взаимодействия фотонов падающего на вещество излучения с электронами этого вещества. При этом взаимодействии должны выполняться законы сохранения энергии и импульса в системе вещество - излучение, которую можно считать замкнутой. Если фотон падает на покоящийся свободный электрон вещества и поглощается им, то:

Первое уравнение выражает закон сохранения энергии, второе — закон сохранения импульса. Здесь т и υ— масса и скорость элект­рона после поглощения фотона, а т₀ — масса покоя электрона. С учетом зависимости т от υэти уравнения можно переписать в виде:

(11-4)

Эти два равенства не могут выполняться одновре­менно при произвольных значениях ν, отличных от 0 и ∞. Таким образом, фотоэлектрическое поглощение света свободными электронами невозможно: оно противоречит законам сохранения энергии и импульса.

Фотоэффект может происходить только на «связанных» электронах, находящихся, например, в атоме газа, твердом теле и т. д. Для связанных электронов уравнения (11- 4) принимают вид:

(11-5)

где W - энергия связи электрона с системой, в которой он нахо­дится (атом, молекула, ион, в металле – это работа выхода), р - импульс, передаваемый этой системе при фотоэффекте. Очевидно что при (hv-W)<< т₀с², υ<<c:

.

Тогда первое уравнение (11-5) совпадает с уравнением Эйнштейна (11-1) для внешнего фотоэффекта (hν = mv²/2 +A).

Квантовые свойства света проявляются в явлении, обнаруженном А. Комптоном при наблюдении рассеяние монохро­матических рентгеновских лучей «легкими» веществами (графит, парафин и др.). Схема опыта Комптона:

Узкий пучок монохроматических рентгеновских лучей падает на «легкое» рассеивающее вещество К и после рассеяния на угол θ попадает в рентгеновский спектрограф D, где измеряется длина волны рассеянного излучения. рассеянного излучения. Опыты Комптона показали, что длина волны рассеянного из­лучения λ больше длины волны, падающего излучения λ`, причем разность

(11-6)

где λ _к - так называемая комптоновская длина волны. Это явление получило название эффекта Комптона: рентгеновский фотон рассеивается на электроне, электрон приобретает импульс и в результате длина волны рассеянного фотона увеличивается.

Дата добавления: 2014-01-15