Проведение опыта

Фотоэффект. Законы фотоэффекта

Фотон - мельчайшая частица электромагнитного излучения, имеющая энергию в один квант.

Квантовая теория света.

В 1900 г. Планк выдвинул гипотезу о квантованности излучаемой энергии. Порция излучаемой энергии равна

ε = h·ν (1)

где h -постоянная Планка, ν - частота электромагнитного излучения.

Идея квантования является одной из величайших физических идей. Оказалось, что многие величины, считавшиеся непрерывными, имеют дискретный ряд значений. На базе этой идеи возникла квантовая механика, описывающая законы поведения микрочастиц.

Гипотеза Планка получила дальнейшее развитие в работах Эйнштейна. Электромагнитная волна не только излучается, но и поглощается и распространяется в виде потока квантов. Итак, электромагнитное излучение (в том числе и свет) представляет собой поток фотонов.

Световые частицы (фотоны) одновременно обладают и волновыми и корпускулярными свойствами. Фотоны, как любые частицы, имеют массу. Из закона взаимосвязи массы и энергии следует, что энергию фотона можно выразить как

ε = m·c² (2)

Из формул 1 и 2 получим, что масса фотона равна

m = h· ν /c² (3).

Масса определяемая соотношением 3, является массой движущегося фотона. Фотон не имеет массы покоя (m₀ = 0), так как он не может существовать в состоянии покоя. Все фотоны движутся со скоростью с = 3·10⁸ м/с. Очевидно импульс фотона P = m·c, откуда следует, что

p = h· ν /c = h/λ (4).

Наличие импульса у фотона экспериментально подтверждается открытием давления света.

В таблице приведены волновые и корпускулярные характеристики фотона, и их взаимосвязь.

Величины, описывающие волновые свойства	Величины, описывающие квантовые свойства	Формулы, объединяющие два класса величин
Частота - ν	Масса фотона - m	m = h· ν /c^2
Период - T	Скорость фотона - c
Длина волны - λ	Импульс фотона - p = m·c	p = h· ν /c = h/λ
V = λ · ν	Энергия E = m·c^2	ε = h·ν

Слово «фотоэффект» состоит из двух слов фото (от греческого свет), эффект (от латинского действие), следовательно «фотоэффект» - это действие света.

1. Наблюдение «фотоэффекта».

Явление «фотоэффекта» было открыто случайно в 1887 году немецким физиком Генрихом Герцем, когда он исследовал электрические колебания. Для проведения опыта он использовал электроскоп с присоединённой к нему цинковой пластинкой. Заряженную пластинку он освещал мощным источником света и обнаружил интересные моменты. Сейчас и мы, благодаря опыту, сможем увидеть то, что в те далёкие годы увидел Герц.

- Давайте попытаемся объяснить увиденную картину, а именно почему под действием света, падающего на отрицательно заряженную цинковую пластинку, электроскоп разряжается, а когда освещают положительно заряженную пластину, никакого эффекта нет.

- Ответ: Электроскоп будет разряжаться тогда, когда заряд с пластинки будет исчезать. Когда освещали отрицательно заряженную пластину светом, свет выбивал электроны с пластинки и электроскоп разряжался.

При положительном заряде пластинки вырванные светом электроны снова притянутся к пластине и осядут на ней. Поэтому заряд электроскопа не изменяется.

- А почему, когда на пути светового потока поставить обыкновенное стекло, то отрицательно заряженная пластинка не теряет электроны, какова бы ни была интенсивность излучения?

- Ответ: Стекло поглощает ультрафиолетовые лучи, вырывание электронов из цинка происходит под действием ультрафиолетовых лучей, которые обладают большой частотой и малой длиной волны.

- Совершенно верно. К этим же выводам пришёл и Герц и в 1887 году он публикует работу «О влиянии, ультрафиолетового света на электрический разряд» в которой описал, открытое им явление, а именно вырывание электронов из вещества под действием света.

Это явление сразу привлекло внимание ряда исследователей, среди которых мы выделим нашего соотечественника, преподавателя Московского университета Александра Григорьевича Столетова, немецкого физика Гальвакса, итальянского учёного Риги. Кстати именно Риги назвал вырывание электронов из вещества под действием света «фотоэффектом».

Итак, «фотоэффект» - это вырывание электронов из вещества под действием света, а электроны, вырванные светом, называются фотоэлектронами.

Для того чтобы получить о фотоэффекте полное представление, нужно выяснить от чего зависит число вырванных электронов, чем определяется их скорость и энергия.

Дата добавления: 2014-01-06