Студопедия
Контакти
 


Тлумачний словник

Реклама: Настойка восковой моли




Авто | Автоматизація | Архітектура | Астрономія | Аудит | Біологія | Будівництво | Бухгалтерія | Винахідництво | Виробництво | Військова справа | Генетика | Географія | Геологія | Господарство | Держава | Дім | Екологія | Економетрика | Економіка | Електроніка | Журналістика та ЗМІ | Зв'язок | Іноземні мови | Інформатика | Історія | Комп'ютери | Креслення | Кулінарія | Культура | Лексикологія | Література | Логіка | Маркетинг | Математика | Машинобудування | Медицина | Менеджмент | Метали і Зварювання | Механіка | Мистецтво | Музика | Населення | Освіта | Охорона безпеки життя | Охорона Праці | Педагогіка | Політика | Право | Програмування | Промисловість | Психологія | Радіо | Регилия | Соціологія | Спорт | Стандартизація | Технології | Торгівля | Туризм | Фізика | Фізіологія | Філософія | Фінанси | Хімія | Юриспунденкция

Зовнішній фотоефект і його закони. Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту

Поглинання електромагнітного випромінювання речовиною часто супроводжується фотоелектричними явищами. До них відносяться:

1) зовнішній фотоефект – виривання електронів з речовини під дією світла;

2) внутрішній фотоефект, при якому відбувається лише збільшення кількості вільних електронів всередині речовини, але вони не виходять назовні;

3) фотогальванічний ефект, при якому на границі поділу напівпровідника і металу або на границі поділу двох напівпровідників під впливом опромінювання виникає електрорушійна сила (за відсутності зовнішнього електричного поля);

4) фотоефект в газоподібному середовищі, який полягає у фотоіонізації окремих молекул або атомів.

Зовнішній фотоефект спостерігається у твердих тілах, а також у газах.

Фотоефект відкрив у 1887 р. Г.Герц, а перші фундаментальні дослідження фотоефекту виконані О.Т. Столетовим. У 1898 р. Леонард і Томсон методом відхилення зарядів у електричному і магнітному полях визначили питомий заряд частинок, що вириваються світлом з катода, довівши, що ці частинки є електронами.

Дослідами встановлено такі основні закони зовнішнього фотоефекту:

І. При фіксованій частоті падаючого світла кількість фотоелектронів, що вириваються з катода за одиницю часу, пропорційне до інтенсивності світла (сила фотоструму насичення пропорційна до енергетичної освітленості E катода)(рис. 3.1).

ІІ. Максимальна початкова швидкість фотоелектронів визначається лише частотою світла і не залежить від його інтенсивності. Величина зростає із збільшенням частоти .

ІІІ. Для кожної речовини існує „червона межа” фотоефекту, тобто максимальна довжина хвилі , при якій спостерігається фотоефект. Величина залежить від хімічної природи тіла і стану його поверхні.

А. Ейнштейн в 1905 р. показав, що явище фотоефекту і його закономірності можуть бути пояснені на основі запропонованої ним квантової теорії фотоефекту.

Згідно з Ейнштейном, світло частотою не лише випромінюється, але і поширюється в просторі і поглинається речовиною окремими порціями, енергія яких , де – стала Планка. Поширення світла треба розглядати не як неперервний хвильовий процес, а як потік локалізованих у просторі дискретних світлових квантів, що рухаються зі швидкістю поширення світла у вакуумі. Ці кванти отримали назву фотонів.



Интернет реклама УБС

За Ейнштейном кожний фотон поглинається лише одним електроном. Тому кількість вирваних фотоелектронів повинна бути пропорційна до кількості поглинутих фотонів, тобто пропорційна до інтенсивності світла (І закон фотоефекту). Безінерційність фотоефекту пояснюється тим, що передача енергії при зіткненні фотона з електроном відбувається майже миттєво.

Енергія падаючого фотона витрачається на виконання електроном роботи виходу А з металу і на надання електрону масою , який вилетів з металу, кінетичної енергії .

За законом збереження енергії

. (3.15)

Це рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту.

Рівняння Ейнштейна дає змогу пояснити ІІ і ІІІ закони фотоефекту. Максимальна кінетична енергія фотоелектрона лінійно зростає із збільшенням частоти падаючого випромінювання і не залежить від його інтенсивності, оскільки ні робота виходу А, ні частота від інтенсивності світ­ла не залежать (ІІ закон). Оскільки із зменшенням частоти світла кінетична енергія фотоелектронів зменшується, то при деякій досить малій частоті кінетична енергія фотоелектронів буде дорівнювати нулю. Тому енергії кванта вистачає тільки, щоб вирвати електрон з металу. Отже,

. (3.16)

Величина залежить лише від роботи виходу електрона, тобто від хімічної природи речовини і стану її поверхні.

Якщо створити поле всередині вакуумного фотоелемента, яке затримуватиме рух електронів, тобто на катод подати „+”, а на анод „–”, то фотострум буде зменшуватись і при напрузі струм дорівнюватиме нулю (див. рис. 3.1). Ця напруга називається затримуючою напругою. Тоді

, (3.17)

а рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту матиме вигляд

. (3.18)

Останнє рівняння можна записати також таким чином

.

Ця формула описує графічно пряму U0 =f( ), яка має кут нахилу до осі , причому tg α = h/e, а точка перетину цієї прямої з віссю U0 дає значення А/е (рис. 3.2).

Визначаючи для двох різних частот та падаючого випромінювання значення напруг U01 та U0 2, можна отримати формулу для визначення сталої Планка h:

. (3.19)

Оскільки інтенсивність світла прямо пропорційна кількості фотонів, то збільшення інтенсивності падаючого світла приводить до збільшення числа фотоелектронів, тобто до збільшення фотоструму Іф. Якщо припустити, що джерело світла точкове, то можна вважати, що освітленість Е катода змінюється обернено пропорційно квадрату відстані від джерела світла до фотоелемента. Так як освітленість Е пропорційна інтенсивності світла, то величина фотоструму Іф буде пропорційна потоку випромінювання.

Нехай Е1=I/R12– освітленість фотокатода при максимально можливій в лабораторних умовах відстані R1 джерела світла від фотоелемента, а Еп = I/Rn2 – освітленість фотокатода на деякій відстані Rn джерела світла від фотокатода (І – сила світла джерела випромінювання). Тоді

(3.20)

Таким чином, сила фотоструму Іф~ Еп ~ Rn-2.

 

Загрузка...



<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:


 

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.003 сек.