1. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Ф отоэлектрическим эффектом, или фотоэффектом называют испускание электронов веществом под действием света.

Исслед-е закономерностей фотоэффекта показано на рис. При освещении катода К монохроматическим светом через кварцевое окошко из катода вырываются фотоэлектроны, и в цепи возникает фототок, регистрируемый гальванометром G. Различают фотоэффект внутренний и внешний. При внутреннем фотоэффекте электроны не покидают поверхность вещества, поглощая световую энергию они переходят из связанного состояния в свободное. (Наблюдается в полупроводниках). При внешнем фотоэффекте происходит вырывание электронов с поверхности под действием электромагнитного излучения. (Наблюдается в полупроводниках и металлах).

Законы внешнего фотоэффекта.

1. Для каждого элемента существует граничная частота, ниже которой для данного материала фотоэффект отсутствует. Не зависимо от плотности светового потока энергии и продолжительности облучения. Эта граничная частота называется красной границей.

2. Максимальная энергия фотоэлектронов линейно зависит от частоты электромагнитного излучения и не зависит от плотности потока энергии волны. ν_ИЗЛУЧ

3. При фиксированной частоте число электронов, выбиваемых из катода за единицу времени прямо пропорционально плотности светового потока энергии.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

E_ф=A_вых+ Полученная электроном энергия частично затрачивается на освобождение из металла. А остальная часть переходит в кинетическую энергию вылетевшего из металла фотоэлектрона.

2. Эффект Комптона.

И сточником рентгеновского излучения служит рентгеновская трубка с молибденовым антикатодом. Диафрагмы D₁ и D₂ выделяют узкий пучок монохроматического рентгеновского излучения, который падает на исследуемый образец O. Для исследования спектрального состава рассеянного излучения оно после прохождения ряда диафрагм попадало на кристалл K рентгеновского спектрографа, а затем в счетчик С.

Комптон обнаружил, что в рассеянном излучении, наряду с исходной длинной волны λ, появляется смешанная линия с длинной волны λ’ > λ. Это получило название комптоновского смещения, а само явление – эффекта Комптона.

–изменен длинна волны в эффекте Комптона

–комптоновская длинна волны

Опыт Комптона показал, что комптоновское смещение определяется углом между направлениями рассеянного и падающего лучей . С увеличением угла интенсивность смещенной компоненты растет, а несмещенной – падает, что видно на графиках.

комптоновская длина волны. –измененная длинна волны в эффекте Комптона

=2,4*10^-12 –комптоновская длинна волны

Комптоновская длина волны λ_C определяет изменение длины волны электромагнитного излучения в эффекте Комптона.

Векторная диаграмма импульсов взаимодействующих частиц

Формула Комптона

3. Свойства фотонов. Флуктуации интенсивности светового потока.

1. Фотон – минимальная порция э/м излучения. Энергия фотона пропорциональна частоте излучения. E=hν= ħω

2. Фотон обладает импульсом и движется со скоростью света в вакууме. Импульс фотона: =ħk

K= - волновой вектор

3. Масса покоя фотона равна 0. (m_пок= 0), но в процессе движения он обладает массой ħω= mc₂ , m=

4. Фотон обладает собственным моментом количества движения – спином.

Флуктуации интенсивности светового потока. Измерение слабых световых потоков показывают, что световой поток нельзя считать непрерывным, т.е. число фотонов в световом потоке не постоянно, а испытывает флуктуации.

Это подтверждается опытами Вавилова.

С вет от источника И проходит через отверстие в диске D и попадает в фильтр Ф, который пропускает лишь волны с определенной длинной волны. Затем, пройдя через коллиматор свет попадает в глаз. Кроме того, на пути света поставлен фильтр, с помощью которого меняется интенсивность света. Диск вращается и создается последовательность вспышек длительностью 0,1с с интервалами 0,9с между вспышками. Когда испытуемый видит вспышку, он отмечает её на хронографе, на этой же ленте отмечаются периоды прохождения отверстия диска перед глазом наблюдателя.

Результатом стало то, что в некоторых вспышках число фотонов было ниже порога чувствительности (испытуемый не замечал вспышек), а в некоторых выше.