Модели электромагнитного излучения (ЭМИ):
- луч – линия распространения ЭМИ (геометрическая оптика),
- волна – гармоническая волна, имеющая амплитуду и определенную длину волны или частоту (волновая оптика),
- поток частиц (фотонов) используется для объяснения многих эффектов, на которых основана квантовая теория строения вещества.
Фотоны – это частицы (кванты), поток которых является одной из моделей электромагнитного излучения (ЭМИ).
Энергия фотона: ЕФ = hν,
ν – частота излучения, h – постоянная Планка, h = 6,62∙10–34 Дж∙с.
Энергия часто измеряется во внесистемной единице «электрон-вольт».
1 эВ = 1,6∙10–19 Дж.
Масса фотона связана с его энергией соотношением Эйнштейна:
Импульс фотона
где λ – длина волны ЭМИ.
Внешний фотоэффект есть явление вылета электронов из вещества (металла) при его облучении электромагнитным излучением (ЭМИ), например, светом. Вылетевшие электроны называются фотоэлектронами. Далее для краткости указанное явление будем называть просто фотоэффектом.
Кинетическая энергия электрона внутри вещества увеличивается на hν, но при вылете фотоэлектрона из вещества им совершается работа Авых (работа выхода) против сил электростатического притяжения к металлу. У фотоэлектрона сообщенная ему фотоном порция энергии hν уменьшается на величину, равную работе выхода из металла (фотокатода), а оставшаяся часть имеет вид кинетической энергии фотоэлектрона вне металла (фотокатода):
Это соотношение называют формулой (законом) Эйнштейна для фотоэффекта.
Красная граница фотоэффекта есть минимальная частота ЭМИ, при которой еще наблюдается фотоэффект, то есть для которой энергия фотона равна работе выхода hνкр = Авых.
Фотоэлементом называют устройство, в котором используется внешний фотоэффект. Это устройство как правило включает в себя два металлических электрода, впаянных в стеклянную колбу. Один из электродов называют анодом, а второй – фотокатодом, и на нем наблюдается фотоэффект.
Анод обеспечивает поглощение фотоэлектронов и протекание тока во всей цепи.
Колба вакуумируется (из нее откачивается воздух до очень низких давлений, порядка 10–7 мм рт. ст.) с тем, чтобы фотоэлектроны могли без столкновений двигаться от катода до анода.
Если напряжение на аноде положительное по отношению к фотокатоду, то фотоэлектроны ускоряются и попадают на анод. Если напряжение анод – катод отрицательное, то фотоэлектроны тормозятся электрическим полем и могут не долетать до анода.
Запирающим (задерживающим) напряжением называется минимальное тормозящее напряжение между анодом и фотокатодом, при котором прекращается ток в цепи этой лампы, то есть фотоэлектроны не долетают до анода. При таком напряжении кинетическая энергия электронов у катода равна потенциальной энергии электронов у анода, откуда следует выражение:
где е – заряд электрона.
Эту зависимость мы и будем исследовать в компьютерном эксперименте.
|
) определите значение работы выхода материала фотокатода.