Объяснение фотоэффекта на основе квантовой теории.

Квантовая теория света

Свет имеет двойную (хитрую) природу: иногда ведет себя как волны, а иногда – как частицы. Явление фотоэффекта как раз и подтверждает квантовую природу света, т.е. когда свет ведет себя как частицы – кванты. Квант – это порция электромагнитного излучения. Световой квант называется ФОТОН.

Каждый квант света несет с собой энергию: , где:

Е – энергия кванта

h - постоянная Планка, h= 6,62*10^-34Дж* c,

- частота света, Гц.

Частота света и длина световой волны связаны формулой: , где с=3*10⁸ км/с – скорость света.

Внешний фотоэффект

Квантовая природа света подтверждается явлением внешнего и внутреннего фотоэффекта.

Внешним фотоэффектом называют явление вылета электронов из вещества под действием падающего на него света. (слово «фото» переводится как «свет»)

Не писать!! Вспомните слова, которые начинаются со слова ФОТО… и подумайте, получилось что-нибудь, связанное с этим, в АБСОЛЮТНОЙ темноте без всякой подсветки

Поток вылетающих из металла электронов под действием света называется фототоком.

Явление внешнего фотоэффекта (сокращенно писать ФЭ) открыто в 1887 г. Герцем, а детально исследовано Столетовым. Теория фотоэффекта на основе квантовых представлений создана Эйнштейном.

Исследование явления внешнего фотоэффекта можно проводить с помощью установки, схема которой изображена на рисунке 2.

Катод через кварцевое стекло освещается светом. Под действием света из катода вырываются электроны (называемые фотоэлектронами), которые летят к аноду (положительно заряженному электроду) и образуют фототок, регистрируемый миллиамперметром.

С помощью такой установки снимались вольтамперные характеристики (ВАХ) при различных значениях падающего светового потока Ф.

ВАХ - зависимость силы фототока I от напряжения U между электродами (анодом и катодом). Вид такой зависимости представлен на рисунке 3.

Из вольтамперной характеристики видно, что:

при отсутствии напряжения между электродами фототок отличен от нуля. Следовательно, фотоэлектроны при вылете с поверхности обладают кинетической энергией.

при некотором напряжении между анодом и катодом фототок престает увеличиваться и достигает насыщения (I_н).

при некотором задерживающем напряжении(U_з) фототок прекращается

Ток насыщения соответствует тому состоянию, когда все фотоэлектроны, покидающие материал за 1 с, достигают анода.

Работа задерживающего электрического поля определяется максимальной кинетической энергией фотоэлектронов:

, где:

q- заряд электрона,

U_зап – задерживающее(запирающее) напряжение,

m – масса электрона,

v – его скорость.

Законы внешнего фотоэффекта

Обобщение экспериментальных результатов привело к установлению ряда законов фотоэффекта:

1. Фототок насыщения пропорционален световому потоку, падающему на металл

2. Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты.

3. Для каждого материала (вещества) существует минимальная частота излучения, ниже которой фотоэффект не наблюдается. Это значение частоты _о называется красной границей фотоэффекта.

Объяснение фотоэффекта на основе квантовой теории.

Эйнштейн объяснил экспериментальные законы фотоэффекта на основе квантовых представлений о природе света. Монохроматическое излучение, освещающее катод, состоит из потока фотонов с энергией . При взаимодействии излучения с веществом атом, находящийся в поверхностном слое, поглощает фотон целиком. При этом он может потратить его на испускание электрона. Энергия светового пучка складывается из энергий отдельных фотонов, поэтому световой поток пропорционален числу фотонов.

При поглощении электроном фотона часть энергии фотона тратится на совершение работы выхода А_вых, а остальная часть составляет кинетическую энергию фотоэлектрона. На основе закона сохранения энергии можно записать уравнение для фотоэффекта (уравнение Эйнштейна):

Из формулы видно, что кинетическая энергия фотоэлектронов mv²/2 прямо пропорциональна частоте света .

Таким образом, квантовая теория света полностью объясняет явление внешнего фотоэффекта. Тем самым было получено экспериментальное подтверждение того, что свет помимо волновых свойств обладает также и корпускулярными (т.е. квантовыми) свойствами.

Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 107; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!