Сила, действующая на электроны в фотографическом направлении, которая замедляет их и возвращает к падению. Начальная скорость электронов различна по величине и направлению, поэтому при увеличении напряжения ток постепенно уменьшается. При определенной тенденции, называемой тенденцией U-образного затвораzap.ток восстанавливается. В этом случае самые быстрые электроны останавливаются непосредственно перед подъемом и перемещаются u динамическая разницаzap.а затем возвращаются к подъему.
(24) Явление Комптона (длина волны Комптона)
Явление Комптона — это явление изменения длины волны электромагнитного излучения за счет мысли электронов. Оно было открыто американским естествоиспытателем Артуром Крихтоном в 1923 году для рентгеновских лучей.
Когда фотон скептически относится к пологому электрону, частота фотона и (соответственно до и после рассеяния) связаны соотношением.
Здесь находится угол рассеяния (угол между адресом распространения фотона до и после рассеяния).
Где находится комптоновская длина волны электрона?
Для электрона m. Уменьшение энергии фотона после комптоновского рассеяния называется комптоновским смещением. В классической электродинамике рассеяние электромагнитных волн в заряде (томсоновское рассеяние) не сопровождается уменьшением их частоты.
Объяснить явление Комптона в контексте классической электродинамики не представляется возможным. С точки зрения классической физики, электромагнитные волны являются непрерывными объектами и не должны изменять свою длину волны в результате мышления свободного электрона. Компонентные явления являются непосредственным свидетельством квантования электромагнитных волн. Другими словами, они подтверждают существование фотонов. Феномен ковенантов — еще одно доказательство справедливости дуализма волн частиц.
Дуализм, который часто называют иллиотропным, — это принцип, согласно которому каждый объект может проявлять свойства как волны, так и бомбардировщика. Он был введен при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, в терминах классических понятий.
В частности, свет является одновременно частицей (фотоном) и электромагнитной волной. Свет проявляет волновые свойства в явлениях дифракции и интерференции на масштабах, сравнимых с длиной волны света. Например, отдельные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину. Это определяется уравнениями Максвелла. Свойства частиц света проявляются в виде оптического эффекта и эффекта Комптона. Фотоны также могут вести себя как частицы, которые полностью испускаются или поглощаются объектами, чей размер намного меньше длины волны (например, атомными ядрами), или могут рассматриваться как точки (например, электроны).
В настоящее время концепция дуализма частица-волна представляет лишь исторический интерес, служа лишь интерпретацией как способ описания поведения квантовых объектов путем подбора аналогий из классической физики.
Фотоэффекты.
Фотоэффект — это выброс электронов из металлической пластины, подвергнутой воздействию света определенной энергии.
Физика этого процесса оказывается довольно простой. В металле всегда есть свободные электроны, которые могут свободно перемещаться внутри металла. Фотон обладает энергией (E = text
Произведенная работа — это свойство поверхности материала. Она не зависит от света, его частоты и интенсивности.
Из закона сохранения энергии можно вывести очень важную формулу, которая называется формулой Эйнштейна для фотоэлектрического эффекта. Эта формула имеет вид: (text = A + E), где: h — постоянная Планка, равная (6. 6 bullet 10 ) [ Дж — с ], v — частота света [ Гц ] A — работа убегания [ Дж ] E — кинетическая энергия [ Дж ] Как уже говорилось в начале, электроны могут быть удалены из металлов только с помощью фотонов определенной только фотонами определенной энергии. Важно отметить, что энергия сначала расходуется на совершение работы (удаление электронов из металла), а затем только на их ускорение (кинетическая энергия). Поэтому существует некий порог в частоте света, при котором возникает фотоактивный эффект. Это значение частоты, при которой энергии фотона достаточно только для извлечения электрона из металла (для совершения работы по его ускорению), а в качестве кинетической энергии энергия фотона недостаточна.
Частота, при которой снимок останавливается, называется красным пределом снимка: (hv_красный \ предел \\ end& gt; = A), где: h — постоянная Планка, равная ( 6. 6 bullet 10 ) [ J — s ] (v_красный \\ предел \\ end& gt;) — частота света [ Гц ] A — работа убегания [ Дж ].
Важно отметить, что могут быть ситуации, когда фотон не испускает электрон (если его частота ниже частоты красного предела). Однако не может быть ситуации, когда фотон испускает более двух электронов. Даже самый энергичный фотон может выбить только один электрон. Поэтому можно сказать, что NФотон ≥ Nэлектрон.График зависимости кинетической энергии испущенного электрона от частоты падающего фотона
Если напряжение в цепи выше напряжения блокировки, электроны не могут достичь анода. Даже если они покинут фотокатод на короткое время, они вернутся в металл под действием электрического поля. Фототок в цепи.
Напряжение фиксации задается формулой (eU_<зап>= Е_), где е — заряд электрона, равный (1. 6 bullet 10 ) [ Cl ] (U_)<зап >) — запирающее напряжение [ В ] (E) — кинетическая энергия фотоэлектронов [ Дж ].
Когда напряжение в цепи равно нулю (U = 0⌘) и фотокатод освещается светом с энергией, достаточной для возникновения фотоэлектрического эффекта, электроны, испускаемые светом, создают ток в сети. Когда напряжение в цепи достигает запирающего напряжения (U = U_<з>Ј), фототок прекращается и, следовательно, ток равен нулю.
Как видно из уравнения, запирающее напряжение зависит только от кинетической энергии электронов, которая, в свою очередь, зависит от частоты (не интенсивности) света и произведенной работы.
Однако если частота света ниже красно-ограниченной частоты, изображение не появится, независимо от интенсивности потока фотонов.
Если вам нужно найти энергию полного потока фотонов, достигающих пластины за одну секунду, достаточно умножить энергию одного фотона на его номер: (sum E = hv bullet N_<фотонов>) где:
(sum E) — энергия потока фотонов, который достигает пластины за 1 секунду [Дж].
h — постоянная Планка, равная 6. 6 — 1 0-34 [ Дж — с
(N_) — количество фотонов, достигающих пластины за одну секунду [Дж].
Обзор курса: фотографические эффекты
Рисунок 1. Свет может выбивать электроны из металлической поверхности
Фотоэфир был впервые открыт Г. Герцем в 1887 году. Он изучал явление эвакуации искры между двумя заряженными телами. Ученый обнаружил, что, когда тела освещались ультрафиолетовым светом, тенденция, необходимая для образования искры, уменьшалась.
Русский физик А. Г. Стретов подробно изучил это явление. В ходе экспериментов ученый обнаружил, что под воздействием света происходит выброс отрицательно заряженных тел. Было показано, что свет может ударять электроны с поверхности тела, увлекая за собой отрицательный заряд (рис. 1).
Внешний фотоэлемент представляет собой эхо электронов с поверхности материала под действием света.
Рисунок 2. Установка для изучения феномена фоторобота.
Электроны, испускаемые с поверхности материала, называются фотоэлектронами, а процесс их испускания — фотоэмиссией.
На рисунке 2 показана геометрия установки для изучения внешних фотографических законов.
Два электрода расположены в стеклянном цилиндре воздушного насоса. Свет, как видимый, так и ультрафиолетовый, попадает на один из электродов, называемый фотоэлектроном, через прозрачное кварцевое окно.
Электроды находятся под напряжением и могут быть заменены. Фотон подключен к отрицательному полюсу батареи, который является вторым электродом с положительным полюсом.
Таким образом, между электродами создается электрическое поле. Под воздействием света фотик испускает электроны. Под воздействием электрического поля электроны движутся вверх.
Рисунок 3. Графическое представление напряжения от напряжения
Таким образом, между электродами начинает протекать ток — фототок. При недостаточной разности потенциалов между электродами не все электроны достигают второго электрода. Повышение напряжения увеличивает величину фототока, называемого током насыщения, до некоторого максимального значения. При дальнейшем увеличении напряжения значение тока остается неизменным (рис. 3).
В ходе эксперимента было установлено, что число электронов, взрывающихся в секунду на поверхности металла, прямо пропорционально энергии световой волны, поглощаемой в секунду.
Первый закон фотоэлектрических явлений: интенсивность картины насыщения при данной частоте падающего света прямо пропорциональна его интенсивности.
График на рисунке 3 показывает, что фотоэлектрон наблюдается при нулевой разности потенциалов между электродами. Таким образом, в этом случае часть сбитых электронов достигает второго электрода, несмотря на отсутствие напряжения.
Если поменять полюс батареи, то фотографическая мощность уменьшается, так как электрическое поле полностью прекращается и не позволяет фотоэлектронам вернуться в свет. При некотором значении напряжения ток прекращается. Величина соответствующей разности потенциалов называется запирающим напряжением (удержанием) u h.
Максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона равна работе, которую он совершает против силы электрического поля.
где m e [кг] — масса электрона v [м/с] — максимальная скорость электрона — u h [v].
Экспериментально установлено, что запирающее напряжение, а значит и кинетическая энергия, не меняется при изменении интенсивности света, но меняется при изменении частоты падающего света.
Второй закон фотографии: максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона линейно возрастает с увеличением частоты падающего света и не зависит от его интенсивности: m e-v 2 2 = u h-q e.
Представление о свете как об электромагнитной волне, постоянно распространяющейся в пространстве, не позволяло объяснить фотоэлектрон. Только в 1905 году Планк предположил, что свет имеет четкие границы, а Эйнштейн смог сформулировать полную теорию фотосъемки.
Световая энергия излучается участками, а квантовая материя может поглощать энергию только участками. По мнению Планка, энергия электромагнитного излучения равна энергии фотона.
Поэтому энергия фотона падающего света расходуется на совершение работы, необходимой для извлечения электронов из вещества — работы выхода — out — для передачи энергии электрона фотоэлектронам:
e = out + m e-v 2 22 ⇔ h-n = out + m e-v 2 2.
Согласно Эйнштейну, кинетическая энергия фотоэлектрона определяется исключительно частотой (длиной волны) падающего света и проектом убегания.
Уравнение Эйнштейна для явления фотоэлектрона: h — n = a vyh + m e-v 2 2.
Проект выхода определяется типом металла и состоянием его поверхности. Очевидно, что для разных материалов будет различаться и цена проекта побежалости.
Для того чтобы извлечь электроны с поверхности вещества, необходимо выполнить хотя бы задачу убегания.
Поэтому для возникновения фотонного эффекта частота падающего света должна превышать определенное минимальное значение ν m i n. Энергия фотона должна быть больше работы убегания.
Минимальная пороговая частота ν min называется красной границей фотоэлектрического эффекта.
Третий закон фотоэлектрического эффекта: фотоэлектрический эффект наблюдается только в том случае, если частота падающего света больше минимального значения ν m i n, соответствующего красной границе фотоэлектрического эффекта: ν m i n = A vyh h .
Очевидно, что разные вещества имеют разные красные пределы светового эффекта. Так, в случае цинка красный предел соответствует длине волны λ m a x = 6, 8 — 10 — 7 м в ультрафиолете. Поэтому, если между цинковой пластиной и источником света поместить стеклянную пластину, стекло будет задерживать ультрафиолетовое излучение и фотоэффект не будет наблюдаться.
Экспериментально определив частоту падающего света, работу выхода и кинетическую энергию электронов, вылетающих с поверхности материала, можно рассчитать уравнение h — ν = A out + m e — v 2 2 следующим образом. Постоянная Планка. Расчеты показывают, что полученные значения согласуются с теми, которые были найдены Планком при изучении теплового излучения. Согласие полученных значений позволяет определить справедливость предположений о дискретном характере электромагнитного излучения.
Три закона фотографического эффекта таковы
1. интенсивность фототока насыщения I n при постоянной частоте падающего света прямо пропорциональна его интенсивности
2. максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты падающего света и не зависит от его интенсивности: m e — v 2 2 = U h — q e .
3. Фотография наблюдается только в том случае, если частота падающего света больше минимального значения ν m i n , что соответствует красной границе фотографии: ν m i n = A vyh h .
Энергия падающего фотона расходуется на совершение работы, необходимой для извлечения электрона из вещества (работа выхода A out), и на придание кинетической энергии фотоэлектрону: h — ν = A out + m e — v 2 2.
1. каково напряжение запирания? 2. От чего зависит выходной проект? Изменяется ли эта величина при уменьшении частоты падающего света? 3. что такое уравнение Эйнштейна для эффекта света? Объясните физический смысл величин в этом уравнении. 4. Что такое красный предел фотоэлектрического эффекта?