La sfârșitul secolului al XIX-lea. Sa descoperit un fenomen pe care electrodynamicul clasic Maxwell nu-l putea explica. Acest fenomen a fost efectul fotoelectric.
Efectul fotoelectric (efectul fotoelectric) este fenomenul emisiei de electroni de către o substanță sub acțiunea luminii. A fost descoperită de H. Hertz în 1887, iar primele studii experimentale au fost realizate de omul de știință rus A.G. Stoletov, care a stabilit o serie de regularități ale efectului fotoelectric.
Pentru a rezolva problema radiației energiei de către un corp absolut negru, M. Planck în 1900 a propus o ipoteză: radiația undelor electromagnetice apare în porțiuni. Energia unei porțiuni de radiație este proporțională cu frecvența radiațiilor:
unde h este constanta Planck și este h = 6.63 • 10-34 J / s, v este frecvența radiației. Ulterior, această porțiune de radiație a fost numită un cuantum, un foton.
Mai târziu, când studiam efectul fotoelectric, diverși oameni de știință și-au descoperit legile. În acest caz, instalația a fost asamblată conform schemei (figura 110).
Într-o sticlă de sticlă din care
Aerul a fost pompat, au fost plasați doi electrozi. În interiorul cilindrului prin cuarț
sticlă, care transmite raze ultraviolete, lumină intră. Pe electrozii
se aplică o tensiune și electrodul iluminat este conectat la o valoare negativă
pol din sursa de curent. Tensiunea aplicată la electrozi poate fi schimbată
cu un potențiometru și o măsură cu un voltmetru. Sub influența luminii, este negativă
Electrodul încărcat emite electroni, care, mergând pozitiv
un electrod încărcat, formează un curent electric. Dacă, fără a schimba intensitatea
radiații, pentru a schimba diferența potențială dintre electrozi, se poate obține
volt-amperi (dependența lui I de U) (figura 111).
Când maximul
valoarea curentului nu se schimbă. Valoarea maximă curentă IB
numit curentul de saturație. Schimbarea intensității radiației în experiment,
A fost posibil să se stabilească prima lege a efectului fotoelectric: numărul de electroni,
rupt de pe suprafața metalului în 1 secunde, direct proporțional cu absorbția
energia unui val de lumină.
Electronii care emană de la suprafață
catod, au o anumită viteză și pot ajunge la anod. Pentru a face ca curentul să devină
este necesară schimbarea polarității bateriei și aplicarea tensiunii
U3 (tensiune întârziată), care este definită de expresia:
Atunci când intensitatea este schimbată
lumina, tensiunea de menținere nu se schimbă. Acesta variază în funcție de frecvență
a luminii incidente.
A doua lege a efectului fotoelectric:
energia cinetică maximă a electronilor ejectați de lumină este liniară
crește cu frecvența sa și nu depinde de intensitatea luminii incidentate.
Dacă frecvența luminii este mai mică
o anumită valoare constantă pentru o anumită substanță, nu se observă efectul fotoelectric.
A treia lege a efectului fotoelectric:
pentru fiecare substanță există o "margine roșie" - frecvența minimă
VK (lungimea de undă maximă Lk) la care efectul fotoelectric
încă observat.
Electrodinamica clasică
Maxwell nu a explicat a doua și a treia lege a efectului fotoelectric și, pe lângă aceasta
În plus, inerția acestui fenomen. Cuvântul quantum explică cu ușurință
toate legile foto-efectului.
Prima lege. Potrivit
teoria cuantică, lumina este emisă sub forma unui flux de quanta. Cu cât fluxul este mai mare
cuantice, cu cât intensitatea luminii este mai mare și cu atât este mai mare numărul de electroni
va fi bătut de pe suprafața metalului. În cazul în care tensiunea este astfel încât toate
Electronii scosi de fotoni ajung la electrod (pozitiv), apoi la curent
saturația va depinde de intensitatea luminii.
A. Einstein a sugerat,
că lumina nu este numai emisă de quanta, așa cum arată M. Planck, ci și
este absorbit de quanta. Energia unui cuantum de lumină este cheltuită pentru comunicarea cu un electron
energia cinetică și activitatea de ieșire din catod, adică,
unde hv este energia absorbită
cuantum, Avy - lucrarea unei ieșiri de electroni din substanță,
- energia cinetică a unui electron.
Ecuația Einstein este legea conservării energiei pentru
efect fotoelectric.
A doua lege. Vom lua
condiția ca un electron să absoarbă un cuantum. Apoi, potențialul său
iar energia cinetică crește, în timp ce funcția de lucru este efectuată
(A) și viteza v este dobândită. Energia cuantului luminii hv merge
realizarea lucrării lui Aveigh. adică munca care trebuie făcută
pentru a extrage electroni din metal și pentru a comunica energia cinetică cu el:
= hv - A. De la muncă
randamentul pentru o anumită substanță este constant, este evident că cinetica maximă
energia fotoelectronelor (selectată de lumina deuteriului) depinde linear
frecvență.
A treia lege. După cum se poate observa
din ecuația Einstein, efectul fotoelectric va fi observat dacă hv> Aout.
Pentru hv
De aici puteți calcula roșu
efect limită fotoelectric vkp