Застосування фотоефекту

Фотони.

ПЛАН

2 Корпускулярно-хвильовий дуалізм.

3 «Розміри» квантів енергії.

5 Тиск світла.

6 Хімічна дія світла.

1 ФОТОНИ — кванти світла.

Основні властивості фотона:

1) є частинкою електромагнітного поля; 2) рухається зі швидкістю світла;

3) існує тільки в русі; 4) маса спокою = 0;

5) зупинити фотон неможливо: він або рухається зі швидкістю світла, або не існує.

2 «РОЗМІРИ» КВАНТІВ ЕНЕРГІЇ

Отже, електромагнітне випромінювання, починаючи з інфрачервоного, утворюється шляхом виділення атомами, молекулами чи ядрами окремих квантів (фотонів), що є цугами електромагнітних хвиль з певними і . Зі зменшенням довжини хвилі та просторової протяжності фотона (довжини цугу хвиль), його енергія збільшується.

Наприклад, квант видимого світла випромінюється за час ~10⁸с, тому його протяжність .

Квант гама-випромінювання виділяється за час ; його протяжність значно менша (0,03-3 мкм), але енергія у мільйони разів більша від енергії видимого світла. Кванти випромінювання радіодіапазону мають величезну протяжність (мільйони кілометрів), їх доцільніше називати хвилями.

3 КОРПУСКУЛЯРНО-ХВИЛЬОВИЙ ДУАЛІЗМ — двоїстість природи електромагнітного випромінювання.

Відкриття і вивчення фотоефекту не відмінили хвильову теорію світла, а доповнили її. Світло завжди має і хвильові, і квантові властивості, але в одних випадках чіткіше виявляються хвильові властивості (при поширенні, інтерференції, дифракції), а в інших (при взаємодії з речовиною) — квантові. Чим більша частота, тим яскравіше виражені квантові властивості і менш виражені хвильові. Дослідження останніх десятиліть показують, що корпускулярно-хвильовий дуалізм притаманний не тільки світлу, а й частинкам мікросвіту. Корпускулярно-хвильовий дуалізм — це прояв взаємозв'язку двох основних форм матерії: речовини і поля.

4 ЗАСТОСУВАННЯ ФОТОЕФЕКТУ.

Завдяки відкриттю фотоефекту стало можливим:

1) звукове кіно;

2) створення різноманітних апаратів, які слідкують за освітленістю вулиць, своєчасно запалюють і гасять бакени на річках, працюють "контролерами" в метро, рахують готову продукцію, контролюють якість обробки деталей;

3) перетворення світлової енергії в електричну за допомогою фотоелементів.

Промисловість виготовляє фотоелементи двох типів - вакуумні та напівпровідникові.

Спеціальними приладами— фотоелементами— реєструють або вимірюють світловий потік. Вакуумний фотоелемент складається зі скляної колби, частина внутрішньої поверхні якої (катод) вкрита тонким шаром речовини з малою роботою виходу. Анод — дротяна петля або диск — уловлює фотоелектрони, які вилітають з освітленого катода. У результаті цього в електричному колі виникає струм, що приводить в дію реле. Фотореле різної конструкції дають змогу автоматично керувати пристроями і обладнанням, оскільки фотоелемент миттєво реагує на дію світла або його зміну. Фотореле застосовується в автоматах, які пропускають пасажирів у метро, а також у приладах, що забезпечують релейний захист заводських установок і технологічних ліній.

У напівпровідниках під дією світла спостерігається внутрішній фотоефект, що зумовлюється появою в них електронів і дірок, тобто підвищенням провідності. Це явище використовують для виготовлення фото опорів приладів, опір яких залежить від освітлення їхньої поверхні. Напівпровідникові вентильні фотоелементи можуть бути джерелами електричного струму, в яких світлова енергія безпосередньо перетворюється в енергію електричного струму.

Також фотоефект використовується у фотопомножувачах для реєстрації інфрачервоного та радіоактивного проміння. Вакуумні фотоелементи із зовнішнім фотоефектом. Дно невеликої скляної колби з глибоким вакуумом покривають цезієм і приєднують до "-" батареї. У центрі колби знаходиться металеве кільце, яке з'єднують із затискачем "+" батареї. Унаслідок освітлення приладу світлом із цезію вириваються електрони і летять до металевого кільця. У результаті в центрі фотоелемента виникає струм.

2. Напівпровідникові фотоелементи з внутрішнім фотоелементом: фотоопори, фотодіоди, сонячні батареї та ін.. Це напівпровідники із власною чи домішковою провідністю. У сонячних батареях створюють р-п - перехід, доступний для світла.

5 ТИСК СВІТЛА. Один із яскравих прикладів виявлення корпускулярних властивостей світла - тиск світла на різні тіла. Вперше гіпотезу про існування тиску світла висловив ще у 17 ст. Іоган Кеплер. Тиском світла він пояснював поведінку хвостів комент поблизу Сонця.

Верше тиск світла виміряв російський фізик П. М. Лебедєв (1866 - 1912) 1900 року. У його дослідах однакові світлові потоки спрямовували на легкі металеві крильця, прикріплені до легкого стрижня, підвішеного на тонкій скляній нитці в посудині з високим вакуумом. Один бік крилець зачорнювали, а другий полірували. Світло почергово направляли то на поліроване, то на зачорнене крильце, де воно відбивалося або поглиналося. Тиск світла вимірювали за різницею кутів закручування нитки під час попадання на зачорнену та дзеркальну поверхню. П. М. Лебедєв виміряв також тиск світла на гази. Досліди Лебедєва експериментально підтвердили наявність імпульсу фотонів.

Тиск світла на дзеркальне крильце був удвічі більшим, ніж на зачорнене. У першому випадку при падінні-відбиванні перешкода одержує імпульс , а в другому — тільки р_ф. Лебедєв виміряв кут повороту крильчатки і по ньому розрахував тиск світла.

Світловий тиск не відіграє ніякої ролі в явищах, з якими ми стикаємось у житті. (Тиск природного світла 4*10^-6Па). Але в космічних і мікроскопічних системах його роль істотна.

6 ХІМІЧНА ДІЯ СВІТЛА. Енергія фотона hv, що поглинається певною хімічною сполукою, може бути достатньою для розщеплення її молекул, завдяки чому виникає можливість подальших хімічних перетворень. Це — вицвітання фарб, утворення загару, фотографічний процес. Під дією світла в зеленому листі рослин (а також у багатьох мікроорганізмах) відбувається процес розщеплення молекул вуглекислого газу на Карбон і Оксиген. У рослинах за допомогою енергії світла, тобто в процесі фотосинтезу, будуються молекули білків, жирів і вуглеводів.

ЯДЕРНА МОДЕЛЬ АТОМА. КВАНТОВІ ПОСТУЛАТИ БОРА.

Дата добавления: 2014-10-23