Рефераты. Реферат: Фотоэффект

Реферат: Фотоэффект

Фотоэффект-испускание электронов телами под действием света, который был
открыт в 1887 г. Герценом. В 1888 Гальвакс показал, что при облучении
ультрафиолетовым светом электрически нейтральной металлической пластинки
последняя приобретает положительный заряд. В этом же году Столетев
создал первый фотоэлемент и применил его на практике, потом он установил
прямую пропорциональность силы фототока интенсивности падающего света. В
1899 Дж. Дж. Томпсон и Ф. Ленард доказали, что при фотоэффекте свет
выбивает из вещества электроны.

Формулировка 1-го закона фотоэффекта: количество электронов, вырываемых
светом с поверхности металла за 1с, прямо пропорционально интенсивности
света.

Согласно 2-ому закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия
вырываемых светом электронов линейно возрастёт с частотой света и не
зависит от его интенсивности.

3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница
фотоэффекта, т. е. минимальная частота света v0(или максимальная длина
волны y0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если v фотоэффект уже не происходит.

Первый закон объяснён с позиции электромагнитной теории света: чем
больше интенсивность световой волны, тем большему количеству электронов
будет передана достаточная для вылета из металла энергия. Другие законы
фотоэффекта противоречат этой теории.

Теоретическое объяснение этих законов было дано в 1905 Эйнштейном.
Согласно ему, электромагнитное излучение представляет собой поток
отдельных квантов( фотонов) с энергией hv каждый ( h-постоянная Планка).
При фотоэффекте часть падающего электромагнитного излучения от
поверхности металла отражается, а часть проникает внутрь поверхностного
слоя металла и там поглощается. Поглотив фотон, электрон получает от
него энергию и, совершая работу выхода, покидает металл:

Hv=A+mv2 / 2 , где

mv2 –максимальная кинетическая энергия, которую может иметь электрон
при вылете из металла. Она может быть определена:

mv2/2=eU 3 .

U 3 -задерживающее напряжение.

В теории Эйнштейна законы фотоэффекта объясняются следующим образом:

Интенсивность света пропорциональна числу фотонов в световом пучке и
поэтому определяет число электронов, вырванных из металла.

Второй закон следует из уравнения: mv 2 /2=hv-A.

Из этого же уравнения следует, что фотоэффект возможен лишь в том
случае, когда энергия поглощённого фотона превышает работу выхода
электрона из металла. Т. е. частота света при этом должна превышать
некоторое определённое для каждого вещества значение, равное A>h. Эта
минимальная частота определяет красную границу фотоэффекта:

vo=A/h yo=c/vo=ch/A.

При меньшей частоте света энергии фотона не хватает для совершения
электроном работы выхода, и поэтому фотоэффект отсутствует.

Квантовая теория Эйнштейна позволила объяснить и ещё одну закономерность
, установленную Столетевым. В 1888 Столетов заметил, что фототок
появляется почти одновременно с освещением катода фотоэлемента. По
классической волновой теории электрону в поле световой электромагнитной
волны требуется время для накопления необходимой для вылета энергии, и
поэтому фотоэффект должен протекать с запаздыванием по крайне мере на на
несколько секунд. По квантовой теории же, когда фотон поглощается
электроном, то вся энергия фотона переходит к электрону и никакого
времени для накопления энергии не требуется.

С изобретением лазеров появилась возможность экспериментировать с очень
интенсивными пучками света. Применяя сверхкороткие импульсы лазерного
излучения, удалось наблюдать многофотонные процессы, когда электрон,
прежде чем покинуть катод, претерпевал столкновение не с одним , а с
несколькими фотонами. В этом случае уравнение фотоэффекта записывается:
Nhv=A+mv 2 /2,чему соответствует красная граница.

Фотоэффект широко используется в технике. На явлении фотоэффекта
основано действие фотоэлементов. Комбинация фотоэлемента с реле
позволяет конструировать множество ”видящих” автоматов , которые вовремя
включают и выключают маяки , уличное освещение, автоматически открывают
двери , сортируют детали, останавливают мощный пресс, когда рука
человека оказывается в опасной зоне . С помощью фотоэлементов
осуществляется воспроизведение звука , записанного на киноплёнке.