Законы внешнего фотоэффекта

Первый закон внешнего фотоэффекта: фототок насыщения прямо пропорционален падающему на электрод световому потоку.

Второй закон внешнего фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия выбиваемых излучением электронов не зависит от интенсивности излучения, а определяется только его частотой (или длиной волны) и материалом электрода.

	уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

h – постоянная планка; h = Дж ,

с – скорость света в вакууме; с = м/с,

λ – длина волны падающего излучения, м,

U – напряжение, В,

е – заряд электрона; Кл,

Е_кин – кинетическая энергия, Дж,

А_вых – работа выхода, Дж,

m – масса электрона; m = кг,

u - скорость движения электрона, м/с.

ЗАДАЧА 5.1

Максимальная кинетическая энергия электронов, вылетающих из рубидия при его освещении ультрафиолетовым изучением с длиной волны 317 нм, равна Дж. Определить работу выхода электронов из рубидия.

Дано:	Решение
λ = 317 нм = 371·10^-9 м	По второму закону фотоэффекта =>
Ответ: .

Все эти закономерности фотоэффекта в корне противоречили представлениям классической физики о взаимодействии света с веществом.

Выход был найден А. Эйнштейном в 1905 г. Теоретическое объяснение наблюдаемых закономерностей фотоэффекта было дано Эйнштейном на основе гипотезы М. Планка о том, что свет излучается и поглощается определенными порциями, причем энергия каждой такой порции определяется формулой E = hν, где h – постоянная Планка. Эйнштейн сделал следующий шаг в развитии квантовых представлений. Он пришел к выводу, что свет имеет прерывистую дискретную структуру. Электромагнитная волна состоит из отдельных порций – квантов, впоследствии названных фотонами. При взаимодействии с веществом фотон целиком передает всю свою энергию hν одному электрону. Часть этой энергии электрон может рассеять при столкновениях с атомами вещества. Кроме того, часть энергии электрона затрачивается на преодоление потенциального барьера на границе металл–вакуум. Для этого электрон должен совершить работу выхода A, зависящую от свойств материала катода. Наибольшая кинетическая энергия, которую может иметь вылетевший из катода фотоэлектрон, определяется законом сохранения энергии:

Е = mc² - уравнение Эйнштейна

Е – энергия тела (или как частный случай кванта), Дж,

m – масса тела (кванта), кг,

с – скорость света, м/с.

С помощью уравнения Эйнштейна можно объяснить все закономерности внешнего фотоэффекта. Из уравнения Эйнштейна следуют линейная зависимость максимальной кинетической энергии от частоты и независимость от интенсивности света, существование красной границы, безынерционность фотоэффекта. Общее число фотоэлектронов, покидающих за 1 с поверхность катода, должно быть пропорционально числу фотонов, падающих за то же время на поверхность. Из этого следует, что ток насыщения должен быть прямо пропорционален интенсивности светового потока.

Экспериментально было определено значение постоянной Планка. Эти измерения позволили также определить работу выхода A_вых:

Третий закон внешнего фотоэффекта: красная граница фотоэффекта определяется только материалом электрода и не зависит от интенсивности излучения.

или - энергия кванта,

где c – скорость света, λ_кр – длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта. У большинства металлов работа выхода A составляет несколько электрон-вольт (1 эВ = 1,602·10^–19 Дж). В квантовой физике часто используется электрон-вольт в качестве энергетической единицы измерения. Значение постоянной Планка, выраженное в электрон–вольтах в секунду, равно

h = 4,136·10^–15 эВ·с.

ЗАДАЧА 5.2

Работа выхода электронов из золота равна 4,59 эВ. Найти красную границу фотоэффекта для золота.

Дано:	Решение
	По третьему закону фотоэффекта => = 270·10^-9 (м)
?
Ответ: Красной границей для золота является длина волны = 270 нм

Дата добавления: 2014-11-07