Фотоэффект. Законы фотоэффекта и их объяснение. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и постоянная Планка. Примеры практического применения фотоэффекта.
В 1900 году немецкий физик Макс Планк высказал гипотезу: свет излучается и поглощается отдельными порциями – квантами (или фотонами). Энергия каждого фотона определяется формулой E=hv, где h – постоянная Планка, равная 6,63×10-34 Дж×с, v – частота света. Гипотеза Планка объяснила многие явления: в частности, явление фотоэффекта, открытого в 1887 году немецким учёным Генрихом Герцем и изученного экспериментально русским учёным А.Г. Столетовым.
Фотоэффект – это явление испускания электронов веществом под действием света.
В результате исследований были установлены три закона фотоэффекта.
1. Сила тока насыщения прямо пропорциональна интенсивности светового излучения, падающего на поверхность тела.
2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и зависит от его интенсивности.
3. Если частота света меньше некоторой определённой для данного вещества минимальной частоты, то фотоэффекта не происходит.
Теорию фотоэффекта создал немецкий учёный А. Эйнштейн в 1905 году. В основе теории Эйнштейна лежит понятие работы выхода электронов из металла и понятие о квантовом излучении света. По теории Эйнштейна фотоэффект имеет следующее объяснение: поглощая квант света, электрон приобретает энергию hv. При вылете из металла энергия каждого электрона уменьшается на определённую величину, которую называют работой выхода (Авых). Работа выхода – это работа, которую необходимо затратить, чтобы удалить электрон из металла. Максимальная энергия электронов после вылета (если нет других потерь) имеет вид: Это уравнение носит название уравнение Эйнштейна.
Если hv<Aвых, то фотоэффекта не происходит. Значит, красная граница фотоэффекта равна vmin=Aвых/h.
Приборы, в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют фотоэлементами. Простейшим таким прибором является вакуумный фотоэлемент. Недостатками такого фотоэлемента являются: слабый ток, малая чувствительность к длинноволновому излучению, сложность в изготовлении, невозможность использования в цепях переменного тока. Применяется в фотометрии для измерения силы света, яркости, освещенности, в кино для воспроизведения звука, в фототелеграфах и фототелефонах, в управлении производственными процессами.
Существуют полупроводниковые фотоэлементы, в которых под действием света происходит изменение концентрации носителей тока. Они используются при автоматическом управлении электрическими цепями (например, в турникетах метро), в цепях переменного тока, в качестве невозобновляемых источников тока в часах, микрокалькуляторах, проходят испытания первые солнечные автомобили, используются в солнечных батареях на искусственных спутниках Земли, межпланетных и орбитальных автоматических станциях.
С явлением фотоэффекта связаны фотохимические процессы, протекающие под действием света в фотографических материалах.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 174 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |