Фотоны. Фотоэффект.

Квантовая теория электромагнитного излучения

• Тепловое излучение.
• Квантовая гипотеза М.Планка.
• Фотоны.
• Фотоэффект. Законы фотоэффекта.
• Задачи на применение законов фотоэффекта.

0 К . Атомы и молекулы, излучают непрерывно. Отдавая энергию, тела должны охладиться до Т=0 К , но в реальности этого не происходит (абсолютный 0К не достижим). Тепловое излучение – ЭМ излучение, испускаемое нагретыми телами за счет своей внутренней энергии. " width="640"

1. Тепловое излучение

• Теория электромагнетизма объясняла закономерности различных видов излучений, но не смогла обосновать особенности теплового излучения тел при Т 0 К .
• Атомы и молекулы, излучают непрерывно. Отдавая энергию, тела должны охладиться до Т=0 К , но в реальности этого не происходит (абсолютный 0К не достижим).
• Тепловое излучение – ЭМ излучение, испускаемое нагретыми телами за счет своей внутренней энергии.

Тепловое равновесие в термодинамически изолированной системе

• Уменьшение энергии тела в результате излучения компенсируется ее увеличением при поглощении.
• Абсолютно черное тело – тело, поглощающее всю энергию падающего на него излучения.
• Внутри оболочки абсолютно черного тела–равновесное излучение в термодинамически изолированной системе.

2. Квантовая гипотеза М. Планка

• ЭМ излучение и поглощение происходит не непрерывно, а дискретно, т.е. отдельными порциями – квантами (от лат. Quantum- количество).
• Энергия одного кванта Е прямопропорциональна частоте излучения

3.Фотоны - кванты света

• Кванты ЭМ излучения - электрически нейтральные микро- частицы, движущиеся в вакууме со скоростью света
• Релятивистские частицы, т.е не существующие в состоянии покоя

( v = c , m 0 = 0 )

Источник испускает ЭМ излучение (свет) в импульсном режиме

• Если N - количество импульсов, то …

• КПД излучателя (тепловая отдача) …

• Давление света, обусловленное передачей импульса частицами при соударении ( абсолютно неупругий и абсолютно упругий удар) …

4. Фотоэффект ( внешний ФЭ)- явление вырывания электронов из вещества под действием света

Опыты А. Столетова

• Стеклянный вакуумный баллон с двумя электродами , имеющий кварцевое окно для облучения поверхности К
• Ток насыщения I нас - при неизменных условиях освещенности все электроны достигают катода К
• Если мощность светового потока ↑ , т.е. интенсивность ↑ , то I нас ↑

Явление ФЭ

• ФЭ - явление вырывания электронов из твердых и жидких веществ под действием света
• Фотоэлектроны,

фототок,

фототок насыщения I н, задерживающая разность потенциалов U з

• ФЭ : внешний и внутренний

Законы ФЭ (установлены опытным путем)

• Фототок насыщения I нас (т.е. число выбитых фотоэлектронов) прямо пропорционален интенсивности света (т.е. числу фотонов N ф) и поглощенной энергии светового кванта
• Максимальная Ек фотоэлектронов прямо пропорциональна частоте света и не зависит от его интенсивности (т.е. числа фотонов N ф)
• Для каждого вещества существует красная граница ФЭ (т.е. min частота или max длина волны ), при которой еще возможен ФЭ

Графическая интерпретация законов фотоэффекта

Применение ФЭ

• Внешний - выбивание электронов с поверхности металлов
• Внутренний:

Фотоэлементы - энергия света управляет энергией эл.тока или преобразует его;

Фотосопротивления – изменение сопротивления под действием света