фотоэффект - metodika.mai

ФОТОЭФФЕКТ
явление, связанное с
освобождением электронов твердого
тела (или жидкости) под действием
электромагнитного излучения.
1) внешний фотоэффект — испускание
электронов под действием света
(фотоэлектронная эмиссия)с
поверхности металла или жидкости
 2) внутренний фотоэффект —
увеличение электропроводности
полупроводников или диэлектриков под
действием света (фотопроводимость)

Историческая справка
Фотоэффект был открыт в 1887 г. Генрихом
Герцем.
В 1888 году исследовался экспериментально
русским ученым А. Г. Столетовым, немецким
физиком В. Гальваксом и итальянским
ученым А. Риви.
Объяснение явления фотоэффекта было дано
Альбертом Эйнштейном в 1905 г на основе
квантовой теории света
ГЕРЦ (Херц) (Hertz)
Генрих Рудольф (18571894)
немецкий физик, один из основоположников
электродинамики. Экспериментально
доказал (1886-1889) существование
электромагнитных волн (используя вибратор
Герца) и установил тождественность
основных свойств электромагнитных и
световых волн. Придал уравнениям
Максвелла симметричную форму. Открыл
внешний фотоэффект (1887). Построил
механику, свободную от понятия силы.
СТОЛЕТОВ Александр
Григорьевич (1839-1896),
российский физик.
Провел (1888-1890) цикл работ по изучению внешнего
фотоэффекта, открытого в 1887 Г. Герцем. Создал
первый фотоэлемент, основанный на внешнем
фотоэффекте. Рассмотрел инерционность фототока и
оценил его запаздывание в 0,001 с. Открыл прямую
пропорциональную зависимость силы фототока от
интенсивности падающего тока (первый закон внешнего
фотоэффекта). Открыл (1889) явление понижения
чувствительности фотоэлемента со временем (явление
фотоэлектрического утомления).
Основоположник количественных методов
исследования фотоэффекта.
ЭЙНШТЕЙН (Einstein)
Альберт
(14 марта 1879г.)
Эйнштейн выдвинул предположение, что и
поглощение света происходит теми же порциями и
что вообще «однородный свет состоит из зерен
энергии (световых квантов),... несущихся в пустом
пространстве со скоростью света». Эта
революционная идея позволила Эйнштейну
объяснить законы фотоэффекта, в частности, факт
существования «красной границы», то есть той
минимальной частоты, ниже которой выбивания
светом электронов из вещества вообще не
происходит.
1905 год
ПЛАНК (Planck) Макс
(1858-1947),
немецкий физик, один из
основоположников квантовой теории,
иностранный член-корреспондент
Петербургской АН (1913) и почетный
член АН СССР (1926). Ввел (1900)
квант действия (постоянная Планка)
и, исходя из идеи квантов, вывел
закон излучения, назван его именем.
Труды по термодинамике, теории
относительности, философии
естествознания. Нобелевская премия
(1918).
НАБЛЮДЕНИЕ ФОТОЭФФЕКТА
ПАДАЮЩЕЕ
ИЗЛУЧЕНИЕ
ОПЫТ СТОЛЕТОВА
Возникающий в цепи
электрический ток
называют
фототоком, а
вырванные
электроны фотоэлектронами.
Фототок возникает
даже в отсутствие
разности
потенциалов между
анодом и катодом.
Законы фотоэффекта
Явление фотоэффекта и его законы
были объяснены на основе предложенной
Эйнштейном квантовой теории света.
Энергия фотона идет на совершение работы
выхода и на сообщение вылетевшему
фотоэлектрону кинетической энергии -это закон
сохранения энергии называемый уравнением
Эйнштейна для фотоэффекта.
Красная граница фотоэффекта
Работа выхода — минимальная работа,
которую нужно совершить для удаления
электрона из металла.
Применение фотоэффекта
Фотоэффект нашел широкое
применение в технике. Вакуумные
фотоэлементы используются в
турникетах метро, системах защитной и
аварийной сигнализации,
фотоэкспонометрах, военной технике,
системах связи, считывании светового
сигнала, проходящего через звуковую
дорожку кинопленки, и т. д.
Корлускулярно-волновой
дуализм
Квант света — не волна, но и не корпускула в
понимании Ньютона. Фотоны — особые
микрочастицы, энергия и импульс которых (в
отличие от обычных материальных точек)
выражаются через волновые характеристики —
частоту и длину волны:
Задача 1
На рисунке приведены варианты графика
зависимости максимальной энергии
фотоэлектронов от энергии падающих на
фотокатод фотонов. В каком случае график
соответствует законам фотоэффекта?
Задача 2

Красная граница фотоэффекта
исследуемого металла соответствует
длине волны кр = 600 нм. При
освещении этого металла светом
длиной волны  максимальная
кинетическая энергия выбитых из него
фотоэлектронов в 3 раза меньше
энергии падающего света. Какова длина
волны  падающего света?
Задача 3

При облучении металла светом с
длиной волны 245 нм наблюдается
фотоэффект. Работа выхода металла
равна 2,4 эВ. Рассчитайте величину
задерживающего напряжения, которое
нужно приложить к металлу, чтобы
уменьшить максимальную скорость
вылетающих фотоэлектронов в 2 раза.
Задача 4

Фотокатод, покрытый кальцием (работа
выхода 4,4210–19 Дж), освещается
светом с длиной волны 300 нм.
Вылетевшие из катода электроны
попадают в однородное магнитное поле
с индукцией
8,310–4 Тл
перпендикулярно линиям индукции
этого поля. Каков максимальный радиус
окружности, по которой движутся
электроны?
mv 2
evB 
R
Образец возможного решения
1.Уравнение Эйнштейна для
фотоэффекта: .
2. Уравнение, связывающее на основе
mv второго закона Ньютона силу Лоренца,
evB 
R
действующую на электрон, с величиной
центростремительного ускорения:
3. Решая систему уравнений, получим
ответ в общем виде: . Ответ в
числовой форме: R  510–3 м.
2