Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Вопрос №2: Кванты света (фотоны). Тепловое излучение: классический и квантово-механический подход. Фотоэффект: его виды и законы. Формула Эйнштейна.
К началу 18 века были известны 2 подхода к объяснению природы света: корпускулярная теория Ньютона и волновая теория Гюйгенса. Обе теории объясняли прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления. Максвелл открыл взаимосвязь между оптическими, электрическими и магнитными явлениями, что позволило ему создать электромагнитную теорию света, согласно которой свет представляет собой электромагнитные волны. Однако и волновая теория была бессильна объяснить процессы поглощения и излучения света, фотоэлектрический эффект, эффект Комптона. Согласно гипотезе Планка, излучение и поглощение света происходит не непрерывно, а дискретно, т.е. определенными порциями (квантами), энергия которых определяется частотой
Эйнштейн создал квантовую теорию света, согласно которой не только излучение и поглощение света, но и его распространение происходит в виде потока световых квантов – фотонов. Фотоны всегда движутся со скоростью света, они не существуют в состоянии покоя, их масса покоя равна нулю.
Формулы связывают корпускулярные характеристики фотона – энергию, импульс, массу – с волновой характеристикой излучения – частотой. Таким образом. Свет – единство противоположных видов движения – корпускулярного (квантового) и волнового (электромагнитного), т.е. необходимо говорить о двойственной корпускулярно-волновой природе света.
Тела, нагретые до достаточно высоких температур, светятся. Свечение тел, обусловленное нагреванием, называется тепловым излучением. Тепловое излучение совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещества и свойственно всем телам при температуре выше 0 К. Тепловое излучение характеризуется сплошным спектром, положение максимума которого зависит от температуры. При высоких температурах излучаются короткие (видимые и ультрафиолетовые) электромагнитные волны, при низких – преимущественно длинные (инфракрасные). Количественной характеристикой теплового излучения служит спектральная плотность энергетической светимости тела – мощность излучения с единицы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины.
Тело, способное поглощать полностью все падающее на него излучение любой частоты, называется абсолютно черным. Серое тело – тело, поглощательная способность которого меньше единицы, но одинакова для всех частот и зависит только от температуры, материала и состояния поверхности тела.
Фотоэффект - это испускание электронов веществом под действием света. Внешний фотоэффект – испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Внутренний фотоэффект – это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. Вентильный фотоэффект – возникновение э.д.с. при освещении контакта двух разных полупроводников пли полупроводника и металла.
Свойства: 1) наиболее эффективное действие оказывает ультрафиолетовое излучение.
2) под действием света вещество испускает электроны.
3) сила тока, возникающего под действием света, прямо пропорциональна его интенсивности.
ВАХ фотоэффекта – зависимость фототока I от напряжения U между электродами.
Внешний фотоэффект подчиняется трем законам:
1)Закон Столетова: при фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности света. 2) Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой . 3) Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света, ниже которой фотоэффект невозможен. Фотоэффект описывается уравнением Эйнштейна, выражающим закон сохранения энергии при фотоэффекте: т.е. энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода А из металла и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону максимальной кинетической энергии - Объяснение второго закона фотоэффекта, т.е. действительно определяется частотой света и не зависит от его интенсивности.