Фотоны. Давление света

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Объяснение законов фотоэффекта

Законы фотоэффекта

1. Сила фототока насыщения I _н пропорциональна энергетической освещенности E катода при неизменной частоте падающего излучения u = const.

I

U_з

I_н2

I_н1

0

U

E₁

E₂>E₁

1.

I

U_з2

0

U

E-const

u₁

2.

U_з1

u₂

I_н ~ E Þ I_н ­ E ­

2. Величина задерживающего потенциала ~u падающего излучения при E–const. ­ u ® U_з ­® V_max ­

3. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. максимальная l ₀ или минимальная u₀, выше, которой фотоэффект невозможен.

l₀

фотоэффекта нет

фотоэффект есть

l₀зависит от химической природы вещества и состава его поверхности.

4. Безынерционность фотоэффекта – это промежуток времени между началом освещения и началом фототока не превышает 10^-9с.

Законы фотоэффекта невозможно объяснить на основе волновой теории.

В 1905г. Эйнштейн, опираясь на гипотезу Планка, выдвинул квантовую теорию фотоэффекта. Эйнштейн предположил, что падающее на фотокатод ­излучение – это поток фотонов или квантов.

Монохроматическое излучение состоит из числа фотонов, а интенсивность его определяется числом фотонов, падающих в единицу времени на единицу поверхности, каждый квант воздействует только с одним электроном. Увеличивая интенсивность облучения, мы увеличиваем число квантов Þ число выражаемых электронов Þ силу фототока насыщения. Процесс поглощения света сводится к тому, что фотоны передают всю свою энергию электронам(hu). Чтобы выйти из металла электроны должны совершить работу выхода. Работа выхода – это минимальное значение энергии, которое необходимо сообщить электронам данного вещества для того, чтобы вырвать электроны за пределы металла.

E_ф

E

A_вых

E_ф– энергия Ферми. Максимально возможный уровень на котором могут находиться электроны, называется энергией Ферми.  

Когда фотон падает на вещество, то он может провзаимодействовать с электронами, которые находятся на нити уровня Ферми Þ всегда при фотоэффекте имеются электроны со скоростями от 0 до V_max.

По закону сохранения энергии:

– уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Þ

Когда u=u₀, A_вых=hu₀ ­(красная граница)

u0 (красная граница)

Экспериментальная зависимость U_з от u позволяет определить красную границу фотокатода u₀, по тангенсу угла наклона прямой можно определить постоянную Планка h. Практическая безынертность фотоэффекта объясняется тем, что передача энергии от фотона к электрону происходит почти мгновенно (V_фот. = c).

Согласно гипотезе Эйнштейна свет испускается и поглощается квантами (фотонами).

Характеристики фотона:

1. Энергия фотона

2. Масса фотона

3. Импульс фотона.

Так как фотоны обладают импульсом, то свет, падающий на тело должен оказывать на него давление. С точки зрения квантовой теории давление света на поверхность обусловлена тем, что фотон при соударении с поверхностью передает ей импульс.

x

  Если в единицу времени с единицей поверхности падает N число фотонов, то при коэффициенте отражения r от поверхности отразится rN_ф,а(1– r –t) N_ф поглотится. Каждый поглощенный фотон передаст поверхности импульс равный, а каждый отраженный передаст.    

Давление света на поверхность равна импульсу, который передает поверхности в одну секунду N фотонов.

– энергия всех фотонов.

– объемная плотность энергии: – когда фотоны падают перпендикулярно к поверхности. Когда фотоны падают под углом к a поверхности.

Дата добавления: 2014-01-04