Надо Знать![]() | ВведениеФотоэффект - явление "выбивания" светом электронов с металлов. Чтобы высвободить электрон из металла ему необходимо передать энергию, превышающую работу выхода. Теоретическое объяснение явления дал Альберт Эйнштейн, за что получил Нобелевскую премию. Эйнштейн использовал гипотезу Макса Планка о том, что свет излучается порциями ( квантами) с энергией, пропорциональной частоте. Предположив, что свет и поглощается такими же порциями, он смог объяснить зависимость скорости выбитых электронов от длины волны облучения.
где ν - частота света, h - постоянная Планка, m - масса электрона, v - его скорость, A - работа выхода. Работа Эйнштейна имела большое значение для развития идей квантовой механики вообще и квантовой оптики частности. 1. История исследования фотоэффектаВпервые прямое влияние света на электричество обнаружил немецкий физик Генрих Герц во время опытов с электроискровой вибраторами. Герц установил, что заряженный проводник, будучи освещен ультрафиолетовыми лучами, быстро теряет свой заряд, а электрическая искра возникает в искровом промежутке при меньшей разности потенциалов. Замечено явление было описано Герцем в его статьях 1887-1888 годов, но оставлено им без объяснения, поскольку физическую природу его он не знал. Не сумели правильно объяснить действие света на заряды и немецкий физик Гальвакс, и итальянский физик Риги, и английский физик Лодж, который, демонстрируя в 1894 году опыты Герца в своей знаменитой лекции "Творение Герца", лишь предположил химическую природу явления. И это неудивительно: электрон будет открыт Джозефом Джоном Томсоном лишь в 1897 году, а без упоминания об электроне объяснить фотоэффект невозможно. Однако 26 февраля 1888 заслуженно считается одним из замечательных дней в истории науки и техники и, в частности, телевидения. В этот день великий русский ученый Александр Григорьевич Столетов (1839-1896) блестяще осуществил опыт, наглядно продемонстрировавший внешний фотоэффект и показал истинную природу и характер влияния света на электричество. Первые опыты со светом А.Г. Столетов проводил с обычным электроскопом. Освещая электрической дугой Петрова цинковую пластину, заряженную отрицательно и соединенную с электроскопом, он обнаружил, что заряд быстро исчезал. Положительный же заряд не уничтожался. Предположим, что при облучении светом с поверхности вылетают электроны. Тогда при освещены негативной цинковой пластинки электроны вылетают и еще дополнительно отталкиваются электрическим полем пластинки. Поэтому отрицательный заряд быстро исчезает. Другое дело с положительным зарядом. Если электрон и вылетел, то его с одной стороны притягивает электрическое поле пластинки, с другой его вылет не уменьшает, а увеличивает положительный заряд пластинки. Этот эффект был назван А. Г. Столетова активно-электрическим разрядом. Электронная природа фотоэффекта была показана в 1899 году Дж. Дж. Томсоном и в 1900 году Ленард. Для постановки точных опытов Столетов создал экспериментальный прибор, ставший прообразом современных фотоэлементов. Прибор состоял из двух плоскопараллельных дисков, один из которых был сетчатый и пропускал световое излучение. К дискам вставала напряжение от 0 до 250 В, причем до сплошного диска подключался отрицательный полюс батареи. При освещении сплошного диска ультрафиолетовым светом включен в круг чувствителен гальванометр отмечал протекание тока, несмотря на наличие воздуха между дисками. Продолжая опыты, А. Г. Столетов установил зависимость фототока от величины напряжения батареи и интенсивности светового пучка. Дальнейшие работы привели к созданию первого в мире фотоэлемента, который был стеклянным баллоном с кварцевым окном для пропускания ультрафиолетовых лучей. Внутрь баллона помещались электроды, один из которых был чувствителен к свету, газ откачивался. Современные фотоэлементы отличаются от первого лишь конструкцией электродов и их структурой. 2. Три закона фотоэффекта
Поскольку это пороговое значение всегда ближе к красному свету, то ему дали название красная граница фотоэффекта. Понятно, что красная граница фотоэффекта существует благодаря притяжения электронов к ядрам. Вместе с тем, последний закон нельзя объяснить на основе представления о свете как непрерывные плавные колебания в вакууме-эфире: такие волны должны долго раскачивать электроны до того момента, когда скорость последних стала достаточной для отрыва от металла. Полное объяснение фотоэффекта принадлежит Альберту Эйнштейну, который использовал идею немецкого физика Планк о том, что свет излучается и распространяется отдельными порциями - квантами (или другое название фотоны). Для вычисления энергии кванта света Макс Планк предложил простую формулу ε = hν. Эйнштейн предположил, что фотоэффект происходит вследствие поглощения фотоном одного кванта, а другие кванты не могут участвовать в этом процессе. Тогда энергия одного кванта света (фотона) расходуется на преодоление барьера (выполнения работы выхода, отрыва от материала) и предоставление кинетической энергии фотоэлектронов. Это позволило ему записать закон сохранения энергии для процесса - приведенное выше уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. См.. такжекод для вставки Данный текст может содержать ошибки. скачать |