Question

20.Внешний фотоэффект. Опыты Столетова. Вольт-амперная характеристика ва куумного элемента. Законы фотоэффекта. Уравнения Эйнштейна.

Answer 1

В 1900 г. немецкий физик Макс Планк высказал гипотезу: свет излучается и поглощается отдельными порциями — квантами (или фотонами). Энергия каждого фотона определяется формулой E = h \nu , где h — постоянная Планка, равная 6,63 \cdot{} 10^{-34} Дж \cdot{} с , \nu — частота света. Гипотеза Планка объяснила многие явления: в частности, явление фотоэффекта, открытого и 1887 г. немецким ученым Генрихом Герцем и изученного экспириментально русским ученым Александром Григорьевичем Столетовым.
Фотоэффект — это явление испускания электронов веществом под действием света. Если зарядить цинковую пластину, присоединенную к электрометру, отрицательно и освещать ее электрической дутой (рис. 35), то электрометр быстро разрядится.

В результате исследований были установлены следующие эмпирические закономерности:
— количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны;
— максимальная кинетическая энергия фото электронов линейно возрастает с частотой света и н зависит от его интенсивности.
Кроме того, были установлены два фундаменталь ных свойства.
Во-первых, безынерционность фотоэффекта: процесс начинается сразу в момент начала освещения.
Во-вторых, наличие характерной для каждого металла минимальной частоты \nu_{min} — красной границы фотоэффекта. Эта частота такова, что при \nu < \nu_{min} фотоэффект не происходит при любой энергии света а если \nu > \nu_{min} , то фотоэффект начинается даже при малой энергии.
Теорию фотоэффекта создал немецкий ученый А. Эйнштейн в 1905 г. 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 энергии h \nu . При вылете из металла энергия каждого электро на уменьшается на определенную величину, котору называют работой выхода ( A_{вых}). Работа выхода это работа, которую необходимо затратить, чтобы удалить электрон из металла. Поэтому максимальная кинетическая энергия электронов после вылета (если нет других потерь) равна: mv^2/2 = hv - A_{вых} . Следовательно,
h \nu = А_{} + \frac{mv^2}{2} .
Это уравнение носит название уравнения Эйнштейна.
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, и 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.

Answer 2

Внешний фотоэффект

Внешний фотоэффект - это явление, при котором световые фотоны, попадая на поверхность материала, выбивают электроны из атомов или молекул этого материала. Этот эффект был впервые описан Альбертом Эйнштейном в 1905 году и является одним из ключевых экспериментальных доказательств корпускулярно-волновой дуализма света.

Опыты Столетова

Опыты Столетова были проведены в 1887 году российским физиком Александром Столетовым. В этих опытах он исследовал фотоэлектрический эффект и установил, что фототок, вызванный светом, пропорционален интенсивности света, а не его частоте. Это противоречило представлениям того времени о свете как волновом явлении и стало одним из ключевых экспериментальных фактов, подтверждающих корпускулярную природу света.

Вольт-амперная характеристика вакуумного элемента

Вольт-амперная характеристика вакуумного элемента - это зависимость между напряжением и током, протекающим через вакуумный элемент. Вакуумные элементы, такие как диоды или триоды, используются в электронных устройствах для управления потоком электронов. Вольт-амперная характеристика показывает, как изменение напряжения влияет на ток, протекающий через элемент.

Законы фотоэффекта

Законы фотоэффекта описывают основные свойства и зависимости фотоэффекта. Вот некоторые из них:

1. Закон сохранения энергии: Энергия фотона, поглощенного электроном, равна разности энергий между начальным и конечным состояниями электрона. 2. Закон сохранения импульса: Импульс фотона, поглощенного электроном, равен разности импульсов между начальным и конечным состояниями электрона. 3. Закон пропорциональности: Фототок, вызванный светом, пропорционален интенсивности света. 4. Закон зависимости фототока от частоты света: Фототок, вызванный светом, пропорционален частоте света с некоторым пороговым значением, ниже которого фототок отсутствует.

Уравнения Эйнштейна

Уравнения Эйнштейна связывают энергию фотона, частоту света и работу выхода электронов из материала. Вот два основных уравнения Эйнштейна:

1. Уравнение фотоэффекта: Энергия фотона (E) равна сумме работы выхода электрона (W) и кинетической энергии электрона (K): ``` E = W + K ```

2. Уравнение Эйнштейна для связи энергии фотона (E) и его частоты (ν): ``` E = h * ν ``` где h - постоянная Планка.

Эти уравнения помогают объяснить основные законы и свойства фотоэффекта и были важными шагами в развитии квантовой механики.