Квантові властивості світла, фотоефект, від уроку до іспиту
Квантові властивості світла
У 1900 р німецький фізик Макс Планк висловив гіпотезу: світло випромінюється і поглинається не безупинно, а окремими порціями - квантами (або фотонами). Енергія Е кожного фотона визначається формулою Е = hv. де h - коефіцієнт пропорційності - постійна Планка, v - частота світла. Дослідним шляхом вирахували h = 6,63 · 10 -34 Дж · с. Гіпотеза M.Планка пояснила багато явищ, а саме, явище фотоефекту. відкритого в 1887 році німецьким вченим Г. Герцем. Далі фотоефект вивчив експериментально український вчений Столетов.
Фотоефект - це виривання електронів з речовини під дією світла.
В результаті досліджень було встановлено 3 закону фотоефекту:
1. Фотострум насичення прямо пропорційний падаючого світлового потоку.
2. Максимальна кінетична енергія фотоелектронів лінійно розтане з частотою світла і залежить від його інтенсивності.
3. Для кожної речовини існує максимальна довжина хвилі, при якій фотоефект ще спостерігається. При великих довжинах фотоефекту немає.
Теорію фотоефекту створив німецький вчений А. Ейнштейн в 1905 р В основі теорії Ейнштейна лежить поняття роботи виходу електронів з металу і поняття про квантовий випромінюванні світла. За теорією Ейнштейна фотоефект має таке пояснення: поглинаючи квант світла, електрон набуває енергію. При вильоті з металу енергія кожного електрона зменшується на певну величину, яку називають роботою виходу (Авих). Робота виходу - це мінімальна енергія, яку треба надати електрону, щоб він покинув метал. Вона залежить від типу металу і стану його поверхні. Максимальна енергія електронів після вильоту (якщо немає інших втрат) має вигляд:
- це рівняння Ейнштейна.
якщо hv <Авых . то фотоэффекта не происходит. Предельную частоту vmin и предельную длину волны λmax называют красной границей фотоэффекта. Она выражается так: vmin =A/h . λmax = λкр = hc/A. где λmax ( λкр ) – максимальная длина волны. при которой фотоэффект еще наблюдается. Красная граница фотоэффекта для разных веществ различна, т.к. А зависит от рода вещества.
Існують напівпровідникові фотоелементи, в яких під дією світла відбувається зміна концентрації носіїв струму. На цьому явищі (внутрішнього фотоефекту) заснований пристрій фоторезисторов. Вони використовуються при автоматичному управлінні електричними ланцюгами (наприклад, в турнікетах метро), в ланцюгах змінного струму, в годиннику, мікрокалькуляторах. Напівпровідникові фотоелементи використовуються в сонячних батареях на космічних кораблях, в перших автомобілях.