График зависимости запирающего напряжения от частоты

Наиболее полное исследование явления фотоэффекта было выполнено Ф. Томсон , и стало ясно, что фотоэффект или точнее — внешний фотоэффект состоит в вырывании электронов из вещества под действием падающего на него света. Схема экспериментальной установки для исследования фотоэффекта изображена на рис. В экспериментах использовался стеклянный вакуумный баллон с двумя металлическими электродами, поверхность которых была тщательно очищена.

К электродам прикладывалось некоторое напряжение U , полярность которого можно было изменять с помощью двойного ключа. При неизменном световом потоке снималась зависимость силы фототока I от приложенного напряжения. Кривые показывают, что при достаточно больших положительных напряжениях на аноде A фототок достигает насыщения, так как все электроны, вырванные светом из катода, достигают анода. Тщательные измерения показали, что ток насыщения I н прямо пропорционален интенсивности падающего света.

Когда напряжение на аноде отрицательно, электрическое поле между катодом и анодом тормозит электроны. Анода могут достичь только те электроны, кинетическая энергия которых превышает eU. Если напряжение на аноде меньше, чем — U з , фототок прекращается. Измеряя U з , можно определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов: К удивлению ученых, величина U з оказалась независящей от интенсивности падающего светового потока. Многочисленными экспериментаторами были установлены следующие основные закономерности фотоэффекта:.

Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта , т. Все эти закономерности фотоэффекта в корне противоречили представлениям классической физики о взаимодействии света с веществом. Согласно волновым представлениям при взаимодействии с электромагнитной световой волной электрон должен был бы постепенно накапливать энергию, и потребовалось бы значительное время, зависящее от интенсивности света, чтобы электрон накопил достаточно энергии для того, чтобы вылететь из катода.

Как показывают расчеты, это время должно было бы исчисляться минутами или часами. Однако, опыт показывает, что фотоэлектроны появляются немедленно после начала освещения катода. В этой модели также было невозможно понять существование красной границы фотоэффекта. Волновая теория света не могла объяснить независимость энергии фотоэлектронов от интенсивности светового потока и пропорциональность максимальной кинетической энергии частоте света.

Таким образом, электромагнитная теория света оказалась неспособной объяснить эти закономерности. Выход был найден А. Теоретическое объяснение наблюдаемых закономерностей фотоэффекта было дано Эйнштейном на основе гипотезы М. Эйнштейн сделал следующий шаг в развитии квантовых представлений. Он пришел к выводу, что свет имеет прерывистую дискретную структуру. Электромагнитная волна состоит из отдельных порций — квантов , впоследствии названных фотонами.

Часть этой энергии электрон может рассеять при столкновениях с атомами вещества. Кроме того, часть энергии электрона затрачивается на преодоление потенциального барьера на границе металл—вакуум. Наибольшая кинетическая энергия, которую может иметь вылетевший из катода фотоэлектрон, определяется законом сохранения энергии: Эту формулу принято называть уравнением Эйнштейна для фотоэффекта. С помощью уравнения Эйнштейна можно объяснить все закономерности внешнего фотоэффекта.

Из уравнения Эйнштейна следуют линейная зависимость максимальной кинетической энергии от частоты и независимость от интенсивности света, существование красной границы, безынерционность фотоэффекта. Из этого следует, что ток насыщения должен быть прямо пропорционален интенсивности светового потока. Это позволяет экспериментально определить значение постоянной Планка. Милликеном и дали хорошее согласие со значением, найденным Планком. Эти измерения позволили также определить работу выхода A: В квантовой физике электрон-вольт часто используется в качестве энергетической единицы измерения.

Среди металлов наименьшей работой выхода обладают щелочные элементы. Поэтому соединения щелочных металлов используют для создания катодов в фотоэлементах , предназначенных для регистрации видимого света. Итак, законы фотоэффекта свидетельствуют, что свет при испускании и поглощении ведет себя подобно потоку частиц, получивших название фотонов или световых квантов.

Фотон движется в вакууме со скоростью c. Таким образом, учение о свете, совершив виток длительностью в два столетия, вновь возвратилось к представлениям о световых частицах — корпускулах.

Но это не был механический возврат к корпускулярной теории Ньютона. При распространении света проявляются его волновые свойства интерференция , дифракция , поляризация , а при взаимодействии с веществом — корпускулярные фотоэффект. Эта двойственная природа света получила название корпускулярно-волнового дуализма.

Графические задачи по теме «Фотоэффект»

Позже двойственная природа была открыта у электронов и других элементарных частиц. Классическая физика не может дать наглядной модели сочетания волновых и корпускулярных свойств у микрообъектов. Движением микрообъектов управляют не законы классической механики Ньютона, а законы квантовой механики.

Теория излучения абсолютно черного тела , развитая М. Планком, и квантовая теория фотоэлектрического эффекта Эйнштейна лежат в основании этой современной науки. Зависимость силы фототока от приложенного напряжения. Кривая 2 соответствует большей интенсивности светового потока. I н1 и I н2 — токи насыщения, U з — запирающий потенциал.

Тут Торговля техникой Janome, Brother, Husqvarna, Pfaff damadoma. Схема экспериментальной установки для изучения фотоэффекта. Математика , Английский язык , Химия , Биология , Физика , География , Астрономия.

Карта сайта

127 128 129 130 131 132 133 134 135


COPYRIGHT © 2016-2017 gaist74.myjino.ru