Скачать + смотреть онлайн

видео 2022

бесплатно в хорошем качестве HD

Строго запрещено смотреть анал видео. Крутые - все самые шикарные мамки видео. Наконец-то тут очень красивые дойки.ком.

PhysBook
PhysBook
Представиться системе

Kvant. Фотоэффект и кванты

Материал из PhysBook

Кикоин А.К. Фотоэлектрический эффект и кванты //Квант. — 1984. — № 2. — С. 29-25.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Фотоэлектрический эффект был открыт немецким физиком-экспериментатором В. Галльваксом в 1888 году[1]. Он обнаружил, что при освещении отрицательно заряженного проводника ультрафиолетовым светом заряд проводника быстро уменьшается.

Фотоэффект был подробно исследован в 1888-1890 годы русским ученым А. Г. Столетовым и несколько позже — немецким ученым Ф. Ленардом. Так, в 1899 году Ленард доказал, что при освещении металла ультрафиолетовым (а иногда и видимым) светом из металла вырываются отрицательно заряженные частицы — электроны[2].

Сам по себе факт вырывания электронов из металла под действием света не вызывал удивления. К этому времени уже было известно, что свет — это электромагнитная волна. Значит, падающий на поверхность металла свет приносит с собой переменное электрическое поле. В таком поле электрон в металле должен совершать колебания, а при достаточно большой амплитуде он может и вылететь из металла, где его удерживает сила притяжения к положительно заряженным частицам (напомним, что амплитуда определяет энергию колебаний). Можно ожидать, что на «раскачку» электрона потребуется некоторое время (расчет показывает, что могут потребоваться даже минуты). Число вылетающих в единицу времени электронов должно, очевидно, зависеть от интенсивности падающего света (то есть от энергии излучения, проходящей за единицу времени через единичную площадку в направлении, перпендикулярном лучу). Так, свет мощного прожектора должен, естественно, вырывать больше электронов, чем свет карманного фонарика. От интенсивности падающего света должна зависеть и энергия вылетающих электронов.

Таким образом, на основании волновой теории света можно было ожидать, что:

  1. Любой свет, то есть свет любой длины волны, должен вырывать электроны из металла, поскольку любой свет приносит с собой переменное электрическое поле.
  2. На вырывание электрона из металла требуется определенное время. Поэтому фотоэлектроны (электроны, вырванные светом) должны появляться через некоторое время после включения света.
  3. Число вырванных электронов и их энергия должны быть пропорциональны интенсивности света (то есть квадрату амплитуды колебаний в световой волне).

Однако исследования, проведенные А. Г. Столетовым, В. Галльваксом и Ф. Ленардом, показали, что законы фотоэффекта совсем не такие, как ожидалось. Оказалось, что:

  1. Не всякий свет вырывает электроны из металла. Для каждого металла существует определенная наименьшая частота νmin (наибольшая длина волны λmax), такая, что свет меньшей частоты (большей длины волны) вовсе не вырывает электронов. Если частота колебаний в световой волне меньше этой граничной частоты, то и самый мощный прожектор, испускающий такой свет, не вырвет ни одного электрона. Но если частота больше νmin то и маленький карманный фонарик вызовет вылет электронов. Эта наименьшая частота (наибольшая длина волны) называется красной границей фотоэффекта.
  2. Вылет электронов из металла начинается практически одновременно с началом его освещения. Мгновенность действия и сделала фотоэффект таким важным в различных автоматических устройствах.
  3. Вырванные светом электроны имеют различные значения кинетической энергии — от самых малых до некоторого максимального значения \(~\frac{m \cdot \upsilon^2_{max}}{2}\). Эта максимальная энергия фотоэлектронов линейно зависит от частоты света, а не от его интенсивности. Интенсивности света пропорционально только число вырванных электронов (в этом состоит закон Столетова для фотоэффекта).

Таким образом, главную роль почему-то играет частота света, которая определяет его цвет, но не имеет никакого отношения к энергии волны. Законы фотоэффекта оказались, следовательно, несовместимыми с волновой теорией света.

Полное теоретическое объяснение фотоэлектрического эффекта было найдено в 1905 году А. Эйнштейном. Он показал, что в этом случае свет ведет себя не как волна, а как поток частиц, квантов света, энергия которых выражается равенством \(~E = h \cdot \nu\), введенным еще за пять лет до этого М. Планком для объяснения совсем другого процесса.

Сам фотоэффект состоит в том, что световые частицы, сталкиваясь с электронами металла, передают им свою энергию и импульс (сами кванты при этом исчезают). Если энергия квантов падающего света больше той работы, которую электрон должен совершить против сил притяжения к положительно заряженным частицам вещества, электрон может вылететь из металла. Если энергия квантов меньше этой работы (работы выхода электрона из металла), ни один электрон из металла не вылетит.

Становится понятным смысл граничной частоты, то есть красной границы фотоэффекта: для вырывания электрона из металла энергия квантов должна быть не меньше, чем h ·νmin. Эта энергия и равна работе выхода А электрона из данного металла. В случае, когда энергия h ·ν падающих квантов больше А, максимальная кинетическая энергия электронов равна разности h ·νА:

\(~\frac{m \cdot \upsilon^2_{max}}{2} = h \cdot \nu - A\) .

Это и есть формула Эйнштейна для фотоэффекта. Обычно ее пишут в виде

\(~h \cdot \nu = A + \frac{m \cdot \upsilon^2_{max}}{2}\) .

А что же интенсивность света, играет ли она какую-нибудь роль? Да, играет. Если свет вызывает фотоэффект, то число вылетающих в единицу времени электронов пропорционально именно интенсивности света. Но интенсивность света теперь связана не с амплитудой колебаний в световой волне, а с числом квантов, испускаемых источником в единицу времени. Вдвое более «сильная» лампа испускает вдвое больше квантов; свет такой лампы и электронов из металла вырвет вдвое больше. Но энергия вылетающих электронов зависит не от силы света лампы, а от того, какого цвета свет она испускает.

Img Kvant-1984-02-007.jpg

Теория Эйнштейна самым тщательным образом была проверена экспериментально (в опытах, подобных описанному в «Физике 10» на с. 225). Особенно точные измерения провел в 1916 году американский физик Р. Милликен. Результаты этих исследований могут быть представлены в виде графика зависимости максимальной кинетической энергии электронов от частоты света (см. рисунок; приведенный на нем график относится к металлу барию). В этом графике вся суть теории Эйнштейна. Из него видно, что пока частота света меньше граничной νmin, энергия электронов равна нулю. А дальше кинетическая энергия растет пропорционально частоте ν (точнее разности частот ννmin), как это и следует из уравнения Эйнштейна. А наклон графика (тангенс угла наклона) определяет значение постоянной Планка h.

Открытие и исследование фотоэлектрического эффекта привели к тому, что наряду с волновой теорией света появилась еще одна теория — квантовая теория света. В 1921 году за важные физико-математические исследования, особенно за открытие законов фотоэлектрического эффекта, А. Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия (высшая международная награда за научные достижения). В 1923 году за исследования в области элементарных зарядов и фотоэлектрического эффекта такая же премия была присуждена Р. Милликену.

Примечания

  1. Годом раньше немецкий физик Г. Герц обнаружил, что искровой разряд между двумя электродами происходит более активно, если искровой промежуток освещается ультрафиолетовым светом.
  2. Говоря более точно, испускание электронов твердыми и жидкими телами следует называть внешним фотоэлектрическим аффектом (в отличие от внутреннего фотоэффекта, когда под действием света электроны остаются внутри тела и лишь изменяют свое состояние).

Смотреть HD

видео онлайн

бесплатно 2022 года