Разлика между версии на „Уравнение на Айнщайн за външния фотоефект“

Текуща версия към 12:57, 4 юли 2013

Пренасочване към:

Закон за фотоелектричния ефект

@@ Ред 1: / Ред 1: @@
-Уравнение на Айнщайн и квантово обяснение на законите
+#пренасочване [[Закон за фотоелектричния ефект]]
-Опитно установените закони на фотоефекта не могли да бъдат обяснени с вълновите свойства на електромагнитните вълни. Енергията, която получават при осветяване електроните на метала, зависи от
-амплитудата на вектора E на вълната. Следователно при всяка честота (или дължина на вълната), ако
-лъчението има достатъчен интензитет, може да се очаква отделяне на електрони от метала и червена
-граница не би трябвало да има. Освен това кинетичната енергия на фотоелектроните би трябвало да за-
-виси от интензитета на лъчите, тъй като с неговото увеличаване на електроните се предава по-голяма
-енергия.
-Айнщайн предлага теория за обяснение на фотоефекта, на базата на предложената по-рано от Планк
-квантова хипотеза за топлинното излъчване. Той предполага, че светлината не само се излъчва, но се и
-поглъща и разпространява във вид на кванти, наречени фотони. В такъв случай интензитетът на светли-
-ната може да се разглежда като брой фотони, попадащи върху единица площ за единица време. Енерги-
-ята на всеки фотон се определя от формулата на Планк Е=hf. Падащите върху повърхността на катода
-фотони взаимодействат с електроните на метала като частици с частици и им отдават енергията си. Все-
-ки фотон се поглъща от един електрон и ако енергията му е равна или по-голяма от енергията на свърз-
-ване на електроните в атома за съответния метал, от който е направен катодът, може да предизвика от-
-деляне на електрона от атома. Неговата скорост е различна и зависи от взаимодействията му с други
-електрони. Ако е отделен от горната повърхност на катода, той ще има определена максимална енергия
-(тъй като не взаимодейства с други електрони), а ако е отделен от по-вътрешните слоеве на катода,
-вследствие на взаимодействие с други електрони от атомите във вътрешността на метала той ще намали
-скоростта си. В такъв случай, ако енергията, получена от електрона, е hf, част от нея се изразходва за
-отделяне на електрона от атома и се нарича отделителна работа (А). (Енергията на свързване на елект-
-роните в атомите за даден метал се нарича отделителна работа и е различна за различните метали.) Дру-
-га част от енергията се губи при удари с други електрони (А1), а останалата част представлява кинетич-
-ната енергия на отделения от повърхността на метала електрон. Съгласно закона за запазване на енерги-
-ята
-mv Е hf A A     .
-Ако електронът не е претърпял удари във вътрешността на метала, е изпълнено A1=0 и тогава
-(24) 2
-max
-mv E hf A    .Горната формула (24) е предложена от Айнщайн и се нарича уравнение на Айнщайн за външния
-фотоефект. Съгласно това уравнение енергията на всеки падащ фотон се изразходва за отделяне на
-един електрон от повърхността на даден метал и за придаването на някаква максимална скорост на този
-електрон. Колкото повече фотони попадат върху метала, толкова повече фотоелектрони се отделят и
-толкова по-голяма стойност на фототока във веригата се регистрира, което е в съгласие с първия закон
-на фотоефекта. Останалите два закона следват непосредствено от уравнението на Айнщайн (24). Тъй
-като отделителната работа е постоянна величина за всеки метал, с нарастването на честотата f на пада-
-щото лъчение ще расте линейно и максималната кинетичната енергия на фотоелектроните. Обратно, ако
-честотата на лъчението намалява, при някаква гранична стойност f0 енергията на фотона ще бъде по-
-малка от отделителната работа A за даденото вещество и Tmax  0 Тогава
-(25)
-0 ;
-A
-E hf A f
-h
-   .
-При тази честота няма да има движещи се към анода електрони, т.е. фототок не протича и явлението
-фотоефект не се наблюдава. Това е червената граница на фотоефекта. В този случай енергията на пада-
-щия фотон е равна на отделителната работа и е достатъчна само за отделяне на електрона от повърх-
-ността, т.е. придадената скорост е vmax=0. Следователно, за да се наблюдава фотоефект за даден метал, е
-необходимо да бъде изпълнено условието E>hf0. От (25) следва още, че червената граница зависи от
-химичната природа на веществото, от което е направен катодът (отделителната работа е характерна ве-
-личина за всяко вещество).
-Уравнението на Айнщайн може да се запише и в следния вид , като се използва (23):
-hf A eU hf eU     зад 0 зад h f f eU ( )   0 зад
-.
-Последният израз дава възможност да се определи експериментално константата на Планк, като се об-
-лъчи даден метал с лъчения с известни честоти f0 и f и се измери задържащото напрежение във веригата.
-Получената стойност се съгласува добре с тази, определена от Планк от законите на топлинното излъч-
-ване. Този факт е още едно потвърждение за верността на хипотезата на Планк и квантовата теория на
-Айнщайн.
-Външният фотоефект намира многобройни приложения в науката и техниката. В основата им е въз-
-можността даден светлинен сигнал да се преобразува в електричен чрез специални фотоелектронни
-прибори, наречени фотоклетки. Получените електрични сигнали лесно могат да бъдат усилвани чрез
-други прибори, наречени фотоелектронни умножители, в които заедно с фотоефекта се използва и явле-
-нието вторична емисия на електроните.

Разлика между версии на „Уравнение на Айнщайн за външния фотоефект“

Текуща версия към 12:57, 4 юли 2013

Навигация

Търсене