Фотоэффект- это явление вырывания света электронов из металла(внешний)

Фотоэффе́кт - это испускание электронов веществом под действием света (или любого другого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

Вычислить энергию фотона

Это соотношение известно как условие частоты Бора. Уравнение 3 применяется для нахождения энергии данного частотного излучения. Он умножает энергию фотона на число, соответствующее молю фотонов, т.е. константу Авогадро. Фотоэлектрический эффект обеспечивает проверку корпускулярной природы электромагнитного излучения.

Когда он претерпевает переход от состояния энергии к более низкой энергии, атом теряет энергию, уходящую как фотон. Чем больше потеря энергии, тем выше частота излучаемого излучения. Фотоэлектрический эффект сильно отражает тезис о том, что электромагнитное излучение представляет собой фотоны, поведение которых аналогично поведению частиц. Тем не менее, есть много тестов, которые электромагнитное излучение ведет себя как волна! Наиболее подавляющим является явление дифракции, изображение высокой и низкой интенсивности, генерируемое объектом, расположенным вдоль траектории лучей света.

Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твёрдых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Он проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости иливентильного фотоэффекта.

Дифракционное изображение формируется, когда пики и волны волн, которые продвигаются вдоль траектории, мешают пикам и желудочкам тех, которые следуют по другому пути. Наиболее часто встречающиеся интерференционные полосы - радужные цвета, которые формируются на поверхности компакт-диска. Если пики совпадают, амплитуда волны возрастает, и это увеличение называется конструктивной интерференцией. Если вместо этого пики волны совпадают с желудочками другого, амплитуда уменьшается разрушительной интерференцией.

Этот эффект является основой полезного технического изучения материи. Например, рентгеновская дифракция является одним из важнейших средств изучения структуры молекул. Вы можете понять, почему ученые каким-то образом дезориентировались! Результаты некоторых экспериментов заставили их признать, что электромагнитное излучение является корпускулярным, а другие эксперименты заставили их обнаружить, что электромагнитное излучение колеблется. Все это знакомит нас с сердцем современной физики. Опыт обязывает нас принять то, что мы называем дуальным волновым корпусом электромагнитного излучения, которое видит волны и частицы друг в друга.

Фотопроводимостью называется увеличение электрической проводимости вещества под действием излучения.

Вентильный фотоэффект является разновидностью внутреннего фотоэффекта, – это возникновение ЭДС (фото ЭДС) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). Вентильный фотоэффект открывает пути для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

В пределах волновой картины интенсивность излучения пропорциональна квадрату амплитуды волны; в корпускулярной модели она пропорциональна числу фотонов, присутствующих мгновенно на мгновение. Если электромагнитное излучение, которое долгое время носило волновой характер, также носило характер частицы, можно представить, что материал, рассматриваемый со времени частиц Дальтона, также обладал волнообразными свойствами?

Массовое произведение скорости принимает название линейного момента р частицы, так что уравнение 5а можно перефразировать как отношение де Бройля следующим образом. Регулярное расположение атомов внутри кристалла с центрами, удаленными около 250 мкм, действует как образец, способный рассеивать волны и фактически наблюдая дифракционное изображение. Сегодня дифракция электронов является важным методом определения молекулярной структуры и изучения структуры твердых поверхностей.

Многофотонный фотоэффект возможен, если интенсивность света очень большая (например, при использовании лазерных пучков). При этом электрон, испускаемый металлом, может одновременно получить энергию не от одного, а от нескольких фотонов.

Законы Столетова

Первый закон
Исследуя зависимость силы тока в баллоне от напряжения между электродами при постоянном световом потоке на один из них, он установил первый закон фотоэффекта.

Оценка длины волны частицы

Прочитав ниже, вы поймете, почему коррозионные свойства частиц никогда не были очевидны. Вычисляет длину волны частицы 1 г массы, движущейся со скоростью 1 м с - 1. Поскольку рассматриваемая частица намного тяжелее любой субатомной частицы, ожидается очень короткая длина волны.

Чтобы найти длину волны известной массовой частицы, примените уравнение 5а. Как и ожидалось, длина волны частицы очень мала, почти неадекватна; то же самое относится к любому другому макроскопическому объекту, который движется с нормальной скоростью. Электроны обладают как коррозионными свойствами, так и корпускулярными свойствами.

Фототок насыщения пропорционален световому потоку, падающему на металл.

T.к. сила тока определяется величиной заряда, a световой поток - энергией светового пучка, то можно сказать:

число электронов, выбиваемых за 1 c из вещества, пропорционально интенсивности света, падающего на это вещество.

Второй закон

Изменяя условия освещения на этой же установке, A. Г. Столетов открыл второй закон фотоэффекта: кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, a зависит от его частоты.

Когда излучение, идущее слева, проходит через два небольших расстояния, каждый из них генерирует круговые волны, которые мешают друг другу. Там, где вмешательство является конструктивным, экран за щелями показывает светящуюся линию; где помехи разрушительны, экран темный.

Двухкомпонентные волны «находятся в фазовом согласии»: их пики и их желудочки совпадают. Получаемая величина имеет амплитуду, равную сумме компонентов. Длина волны излучения не изменяется в результате интерференции: она только изменяет амплитуду. Разрушающие помехи. Двухкомпонентные волны «в фазовом несоответствии»: пики одного совпадают с желудочками другого. Получающая способность имеет значительно меньшую амплитуду компонентов.

Из опыта следовало, что если частоту света увеличить, то при неизменном световом потоке запирающее напряжение увеличивается, a, следовательно, увеличивается и кинетическая энергия фотоэлектронов. Таким образом, кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает c частотой света.

Третий закон

Заменяя в приборе материал фотокатода, Столетов установил третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. e. существует наименьшая частота nmin, при которой еще возможен фотоэффект.

Когда волны в воде дифрагируются и пересекаются, они создают конструктивную интерференцию, если их крылья и их пики совпадают; в этом случае их амплитуды добавляются, когда они отменяются, если они не находятся в фазе. Дэвиссон и Гермер показали, что электроны, отраженные от кристалла, приводят к дифракционному изображению. Томсон, работающий в Абердине, Шотландия, показал, что они производят дифракционное изображение даже через тонкий лист золота.

Глава Атомы: Квантовый мир

Вычисляет длину волны пулевой пули 5, 0 г при двойной скорости звука. Дуализм с волновым корпусом уничтожает основы классической физики. В классической механике каждая частица следует определенной траектории, т.е. траектории, вдоль которой положение и линейный момент мгновенно происходят в определенный момент. Вместо этого точное местоположение частицы, которая действует как волна, не может быть определена. Например, подумайте о веревке гитары: волна распространяется по веревке, не найдя ни одной точки.

Закон сохранения энергии, записанный Эйнштейном для фотоэффекта, состоит в утверждении, что энергия фотона, приобретенная электроном, позволяет ему покинуть поверхность проводника, совершив работу выхода. Остаток энергии реализуется в виде кинетической энергии теперь уже свободного электрона

Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы вы­хода А из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетичес­кой энергии mv2max/2. По закону сохранения энергии,

Таким образом, электрон атома водорода не может быть описан как орбитальная частица вокруг ядра в соответствии с определенной траекторией. Популярное изображение электрона, описывающего регулярные орбиты вокруг ядра, должно быть сметено навсегда. Это невозможно преодолеть. Если мы знаем, что в данный момент частица находится в одной точке, мы ничего не можем сказать о позиции, которая займет минутку! Математическое выражение этого принципа.

Другими словами, произведение неопределенностей двух одновременных мер не может быть меньше заданного постоянного значения. Принцип неопределенности имеет незначительные практические последствия, когда речь идет о макроскопических объектах, но он имеет большое значение в случае субатомных частиц, таких как электроны.

(203.1)

Уравнение (203.1) называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Эффект Комптона

Изменение длины волны света при рассеивании на связанных электронов

ОПЫТЫ РЕЗЕРФОРДА.ПЛАНЕТАРНАЯ МОДЕЛЬ АТОМА

Опыты Резерфорда. Масса электронов в несколько тысяч раз меньше массы атомов. Так как атом в целом нейтрален, то, следовательно, основная масса атома приходится на его положительно заряженную часть.

Принцип неопределенности Гейзенберга гласит, что невозможно точно знать как время, так и положение частицы одновременно. Чтобы оправдать дуализм с волновым корпусом, ученые двадцатого века не могли не рассмотреть описание принятого вопроса в предыдущем столетии. Одним из первых, кто сформулировал эффективную теорию, был австрийский ученый Эрвин Шредингер, который представил основную концепцию квантовой теории.

Шредингер заменил концепцию точной траектории частиц волновой функции, ψ, математическую функцию, значение которой меняется с положением. Именно немецкий физик Макс Борн предложил, как физически интерпретировать смысл волновой функции. Согласно интерпретации Борном волновой функции, вероятность нахождения частицы в данной области пропорциональна значению ψ 2. Точнее, ψ 2 обозначает плотность вероятности, т.е. отношение вероятности нахождения частица в небольшой области и объем этой области. Следовательно, для вычисления вероятности того, что частица находится в небольшой пространственной области, умножим ψ 2 на объем этой области.

Для экспериментального исследования распределения положительного заряда, а значит, и массы внутри атома Эрнест Резерфорд предложил в 1906 г. применить зондирование атома с помощью -частиц. Эти частицы возникают при распаде радия и некоторых других элементов. Их масса примерно в 8000 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен по модулю удвоенному заряду электрона. Это не что иное, как полностью ионизированные атомы гелия. Скорость -частиц очень велика: она составляет 1/15 скорости света.

Везде, где ψ отменяется, и, следовательно, ноль также равен ψ 2, для частицы имеется плотность вероятности нуль. Точка, где ψ проходит по нуле, определяется как узел волновой функции; это означает, что у узла частица имеет плотность вероятности нуль. Согласно квантовой механике, частица в ящике может иметь только некоторые длины волн λ; а также веревка гитары, закрепленная на двух концах, не может быть махать волнами, имеющими любой λ, поле регулирует только определенные длины волн, которые соответствуют соотношению.

Плотность вероятности, что частица находится в определенном месте, пропорциональна квадрату волновой функции в этой точке; волновая функция решается путем решения уравнения Шредингера частицы. Последний способен обладать только определенными энергиями.

Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов. Электроны вследствие своей малой массы не могут заметно изменить траекторию -частицы, подобно тому как камушек в несколько десятков граммов при столкновении с автомобилем не может значительно изменить его скорость.

Планетарная модель атома. На основе своих опытов Резерфорд создал планетарную модель атома. В центре атома расположено положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. В целом атом нейтрален. Поэтому число внутриатомных электронов, как и заряд ядра, равно порядковому номеру элемента в периодической системе. Ясно, что покоиться электроны внутри атома не могут, так как они упали бы на ядро. Они движутся вокруг ядра, подобно тому как планеты обращаются вокруг Солнца. Такой характер движения электронов определяется действием кулоновских сил притяжения со стороны ядра.

Сообщается о первых шести волновых функциях и их соответствующих энергиях. Свет является предпосылкой для жизни, поскольку он является основным источником энергии для нашей пищи. Свет имеет составную и неотъемлемую роль в религии, в рассказах о творчестве, поэзии, литературе, языке и культуре. Свет также является «атмосферным» изображением, когда вы наблюдаете закат, восход солнца, радугу, бореальный восход солнца и астральное сияние. Уже во времена греческих и арабских философов теории света были тесно связаны с теми, которые видны: свет позволяет нам видеть, а оптические инструменты, такие как очки, контактные линзы и лазерная хирургическая терапия, позволяют улучшить остроту зрения. время, которое свет используется для диагностики и лечения лицевых дефектов и глазных болезней, все это возможно благодаря фотофизике в нашей сетчатке и полупроводниковым детекторам, присутствующим в камерах, которые у нас есть.

Гипотеза Планка, блестяще решившая задачу теплового излучения черного тела, получила подтверждение и дальнейшее развитие при объяснении фотоэффекта – явления, открытие и исследование которого сыграло важную роль в становлении квантовой теории. В 1887 году Г. Герц обнаружил, что при освещении отрицательного электрода ультрафиолетовыми лучами разряд между электродами происходит при меньшем напряжении. Это явление, как показали опыты В. Гальвакса (1888 г.) и А.Г. Столетова (1888–1890 гг.), обусловлено выбиванием под действием света отрицательных зарядов из электрода. Электрон еще не был открыт. Лишь в 1898 году Дж.Дж. Томпсон и Ф. Леонард, измерив удельный заряд испускаемых телом частиц, установили, что это электроны.

Цвета обогащают окружающую среду вокруг нас, они великолепны источник стимулов для человека во всех областях, обогрев наших домов, улучшение наших городов и наших жизней. Солнечный свет, луна, а также звезды всегда являются источником большой красоты и в то же время загадкой для человек. Свет - основа для современного мира: возможность генерировать, манипулировать, передавать и обнаруживать его позволила развитие в области коммуникаций, промышленности, медицинских приборов, общественного искусства, биотехнологических инструментов, образовательных и образовательных программ и всех инструментов, делающих научные исследования все более и более продвинутыми.

Различают фотоэффект внешний, внутренний, вентильный и многофотонный фотоэффект.

Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Внешний фотоэффект наблюдается в твердых телах (металлах, полупроводниках, диэлектриках), а также в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация).

Свет также является источником для нас информации о создании вселенной и фотографических процессов, происходящих в звездах, а также о универсальной природе физических законов, которые действуют во вселенной. Свет благодаря спектроскопическим исследованиям позволил добиться больших успехов в наших теоретических и экспериментальных знаниях о реальной структуре атомов и молекул. Эта же квантовая механика увидела свое рождение и свое развитие благодаря изучению света и его взаимодействию с веществом.

К сегодняшнему дню он позволяет объединять и связывать людей всего человечества, происходящих из разных культур и народов, свет завораживает, стимулирует и приближает нас. Дети удивляются, когда они могут включить огонь, сходясь солнечные лучи через линзу, а также взрослые удивляются, наблюдая за микрокосмом и макрокосмом, просматривая микроскоп или телескоп.

Внутренний фотоэффект – это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникновению электродвижущей силы (ЭДС).

Вентильный фотоэффект является разновидностью внутреннего фотоэффекта, – это возникновение ЭДС (фото ЭДС) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). Вентильный фотоэффект открывает пути для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

Многофотонный фотоэффект возможен, если интенсивность света очень большая (например, при использовании лазерных пучков). При этом электрон, испускаемый металлом, может одновременно получить энергию не от одного, а от нескольких фотонов.

Первые фундаментальные исследования фотоэффекта выполнены русским ученым А.Г. Столетовым. Принципиальная схема для исследования фотоэффекта приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1 Рис. 2.2

Два электрода (катод К из исследуемого материала и анод А , в качестве которого Столетов применял металлическую сетку) в вакуумной трубке подключены к батарее так, что с помощью потенциометра R можно изменять не только значение, но и знак подаваемого на них напряжения. Ток, возникающий при освещении катода монохроматическим светом (через кварцевое стекло), измеряется включенным в цепь миллиамперметром.

В 1899 г. Дж. Дж. Томпсон и Ф. Ленард доказали, что при фотоэффекте свет выбивает из вещества электроны.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) фотоэффекта – зависимость фототока I , образуемого потоком электронов, от напряжения, – приведена на рис. 2.2.

Такая зависимость соответствует двум различным энергетическим освещенностям катода (частота света в обоих случаях одинакова). По мере увеличения U фототок постепенно возрастает, т.е. все большее число фотоэлектронов достигает анода. Пологий характер кривых показывает, что электроны вылетают из катода с различными скоростями.

Максимальное значение фототока насыщения определяется таким значением напряжения U , при котором все электроны, испускаемые катодом, достигают анода:

где n – число электронов, испускаемых катодом в 1 с.

Из ВАХ следует, при U = 0 фототок не исчезает. Следовательно, электроны, выбитые из катода, обладают некоторой начальной скоростью υ, а значит и отличной от нуля кинетической энергией, поэтому они могут достигнуть катода без внешнего поля. Для того, чтобы фототок стал равным нулю, необходимо приложить задерживающее напряжение . При ни один из электронов, даже обладающий при вылете из катода максимальной скоростью , не может преодолеть задерживающего поля и достигнуть анода. Следовательно,

, (2.1.1)

т.е. замерив задерживающее напряжение , можно определить максимальные значения скорости и кинетической энергии фотоэлектрона.

При изучении ВАХ разнообразных материалов при разных частотах падающего на катод излучения и разных энергетических освещенностях катода и обобщении полученных данных были установлены три закона внешнего фотоэффекта.

Для просмотра демонстраций щелкните по соответствующей гиперссылке: