Квантовые свойства света. Фотоэффект и его законы. Фотоэффект — это вырывание электронов из вещества под действием света. В результате исследований было установлено 3 закона фотоэффекта: 1. Фототок насыщения прямо пропорционален падающему световому потоку

ПОДГОТОВИЛ

Слайковский Вячелав

ТПХ-915
Применение фотоэффекта в технике

Квантовые свойства света

В 1900 г. немецкий физик Макс Планк высказал гипотезу: свет излучается и поглощается не непрерывно, а отдельными порциями — квантами (или фотонами). Энергия Е каждого фотона определяется формулой Е = hv, где h — коэффициент пропорциональности — постоянная Планка, v— частота света. Опытным путем вычислили h = 6,63·10^-34Дж·с. Гипотеза M.Планка объяснила многие явления, а именно, явление фотоэффекта, открытого в 1887 г. немецким ученым Г. Герцем. Далее фотоэффектизучил экспериментально русский ученый Столетов.

Фотоэффект и его законы

схема опыта Столетова

Фотоэффект — это вырывание электронов из вещества под действием света. В результате исследований было установлено 3 закона фотоэффекта: 1. Фототок насыщения прямо пропорционален падающему световому потоку.2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно растает с частотой света и зависит от его интенсивности.3. Для каждого вещества существует максимальная длина волны, при которой фотоэффект еще наблюдается. При больших длинах фотоэффекта нет.

Теорию фотоэффекта создал немецкий ученый А. Эйнштейн в 1905 г. В основе теории Эйнштейна лежит понятие работы выхода электронов из металла и понятие о квантовом излучении света. По теории Эйнштейна фотоэффект имеет следующее объяснение: поглощая квант света, электрон приобретает энергию. При вылете из металла энергия каждого электрона уменьшается на определенную величину, которую называют работой выхода (Авых). Работа выхода — это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл. Она зависит от типа металла и состояния его поверхности. Максимальная энергия электронов после вылета (если нет других потерь) имеет вид:

—это уравнение Эйнштейна.

Если hv < Авых , то фотоэффекта не происходит. Предельную частоту v_minи предельную длину волныλ_max называют красной границей фотоэффекта. Она выражается так: v_min=A/h , λ_max= λ_кр= hc/A, где λ_max ( λ_кр) – максимальная длина волны , при которой фотоэффект еще наблюдается. Красная граница фотоэффекта для разных веществ различна, т.к. А зависит от рода вещества.

Применение фотоэффекта в технике.
Приборы, в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют фотоэлементами. Простейшим таким прибором является вакуумный фотоэлемент. Недостатками такого фотоэлемента являются: слабый ток, малая чувствительность к длинноволновому излучению, сложность в изготовлении, невозможность использования в цепях переменного тока. Применяется в фотометрии для измерения силы света, яркости, освещенности, в кино для воспроизведения звука, в фототелеграфах и фототелефонах, в управлении производственными процессами.

Существуют полупроводниковые фотоэлементы, в которых под действием света происходит изменение концентрации носителей тока. На этом явлении (внутреннего фотоэффекта) основано устройство фоторезисторов. Они используются при автоматическом управлении электрическими цепями (например, в турникетах метро), в цепях переменного тока, в часах, микрокалькуляторах. Полупроводниковые фотоэлементы используются в солнечных батареях на космических кораблях, в первых автомобилях.

12 Следующая ⇒