30.Внешний фотоэффект, законы Столетова для фотоэффекта. Энергия и импульс световых квантов. Формула Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Фотоэффект – явление вырывания электронов с поверхности Ме под действием падающего света.

1. фототок хар-ется насыщением. Величина фототока насыщения прямопропорцю падающему световому потоку.

Ф2>Ф1; I2нас > Iнас1

2. Максим. Кинет. Энергия фотоэлектронов не зависит от падающего светового потока, а явл. Линейной функцией частоты пад. Света.

υ0 – частота падающего излучения, при к-рой фотоэффект прекращается, наз. Красной границей фотоэффекта.

Ф-ла Энштейна. И Т,Д, ; где h=6.6*10^-34 Дж*с

А – работа выхода электрона. hυ0=A

- масса фотона -импульс.

Фотон обладает нулевой массой покоя.

Энергия Е=hυ=hc/λ

31) Давление света. Опыты Лебедева. Квантовое и волновое объяснения давления света.

Давление света - электромагнитные волны, падая на поверхность тела, производят механическое давление (наз. радиационными, или давлением излучения). Величина радиационного давления:

где : W- количество лучистой энергии, падающей нормально на 1 см² поверхности за 1сек , с – скорость света , р – коэффициет отражения.

Основной частью прибора Лебедева служили плоские лёгкие крылышки (диаметром 5 мм) из различных металлов (платина, алюминий, никель) и слюды (рис. 1). Крылышки подвешивались на тонкой стеклянной нити и помещались внутри стеклянного сосуда G (рис. 2), из которого выкачивался воздух. На крылышки с помощью специальной оптической системы и зеркал направлялся свет от сильной электрической дуги В. Перемещение зеркал S1, S4 давало возможность изменять направление падения света на крылышки. Устройство прибора и методика измерения позволили свести до минимума мешающие радиометрические силы и обнаружить Д. с. на отражающие или поглощающие крылышки, которые под его воздействием отклонялись и закручивали нить.

С точки зрения волновой теории света электромагнитная волна представляет собой изменяющиеся и взаимосвязанные во времени и пространстве колебания электрического и магнитного полей. При падении волны на отражающую поверхность, электрическое поле возбуждает токи в приповерхностном слое, на которые действует магнитная составляющая волны. Таким образом, световое давление есть результат сложения многих сил Лоренца, действующих на частицы тела.

Если рассматривать свет как поток фотонов, то, согласно принципам классической механики, частицы при ударе о тело должны передавать ему импульс, другими словами — оказывать давление. Такое давление иногда называют радиационным давлением.

32) Эксперименты, подтверждающие квантовый характер излучения. Линейчатые спектры атомов. Опыт Франка и Герца. Опыт Штерна и Герлаха. Эффект Зеемана. Эффект Штарка.

Опыт Франка — Герца — опыт, явившийся экспериментальным доказательством дискретности внутренней энергии атома. Поставлен в 1913 Дж. Франком и Г. Герцем.

На рисунке приведена схема опыта. К катоду К и сетке C1 электровакуумной трубки, наполненной парами Hg (ртути), прикладывается разность потенциалов V, ускоряющая электроны, и снимается зависимость силы тока I от V. К сетке C2 и аноду А прикладывается замедляющая разность потенциалов. Ускоренные в области I электроны испытывают соударения с атомами Hg в области II. Если энергия электронов после соударения достаточна для преодоления замедляющего потенциала в области III, то они попадут на анод. Следовательно, показания гальванометра Г зависят от потери электронами энергии при ударе. Таким образом, опыт Франка — Герца показал, что спектр поглощаемой атомом энергии не непрерывен, а дискретен, минимальная порция (квант электро-магнитного поля), которую может поглотить атом Hg, равна 4,9 эВ. Значение длины волны λ = 253,7 нм свечения паров Hg, возникавшее при V > 4,9 В, оказалось в соответствии со вторым постулатом Бора E₁ – E₂=hc/λ, где E0 и E1 — энергии основного и возбужденного уровней энергии. В опыте Франка — Герца, E0 — E1 = 4,9 эв.

возбуждённые электронным ударом атомы Hg испускают фотон с энергией 4,9 эв и возвращаются в основное состояние.

Опыт Штерна — Герлаха подтвердил наличие у атомов спина (изначально в эксперименте участвовали атомы серебра, а потом и других металлов) и факт пространственного квантования направления их магнитных моментов. Опыт состоял в следующем: пучок атомов серебра пропускали через сильно неоднородное магнитное поле, создаваемое мощным постоянным магнитом. При прохождении атомов через это поле, в силу обладания ими магнитных моментов, на них действовала зависящая от проекции спина на направление магнитного поля сила, отклонявшая летящие между магнитами атомы от их первоначального направления движения. Причём, если предположить, что магнитные моменты атомов ориентированы хаотично (непрерывно), то тогда на расположенной далее по направлению движения атомов пластинке должна была проявиться размытая полоса. Однако вместо этого на пластинке образовались две достаточно чёткие узкие полосы, что свидетельствовало в пользу того, что магнитные моменты атомов пучка принимали лишь два определённых значения, что подтверждало предположение квантово-механической теории о квантовании магнитного момента атомов.

Эффект Зеемана обусловлен тем, что в присутствии магнитного поля атом приобретает дополнительную энергию ∆E= - пропорциональную его магнитному моменту. Приобретенная энергия приводит к снятию вырождения атомных состояний по магнитному квантовому числуm_j и расщеплению атомных линий.

Эффект Штарка — смещение и расщепление электронных термов атомов во внешнем электрическом поле. Дипольный момент атома во внешнем электрическом поле приобретает дополнительную энергию, которая и вызывает смещение термов атомов. Эффект Штарка имеет место как в постоянном, так и переменных (включая свет) электрических полях. В последнем случае его называют переменный эффект Штарка. Электронные термы смещаются не только во внешнем поле, но и в поле, созданном соседними атомами и молекулами. Штарковский эффект лежит в основе теории кристаллического поля, имеющий большое значение в химии. Использование переменного эффекта Штарка позволило лазерным излучением охладить атомы различных металлов до сверхнизких температур.